Kalsiumkarbonaatin kemiallisfysikaalinen käsittely ja materiaalin karakterisointi

Saostettua karbonaattia voidaan käyttää useiden eri teollisuuksien tuotteissa. Pääosin saostettua kalsiumkarbonaattia kuitenkin käytetään paperin, maalien, muovien sekä elintarviketuotteiden täyteaineena. Koska monet käyttökohteet vaativat saostetulta kalsiumkarbonaatilta tiettyjä puhtausvaatimuksia, sen koostumuksen tutkiminen on suuren kiinnostuksen kohteena. Työn perimmäisenä tarkoituksena on ollut määrittää saostetun kalsiumkarbonaatin kemiallinen koostumus ja selvittää, vaikuttavatko materiaalin kemiallisfysikaalinen modifiointi sen ominaisuuksiin. Kirjallisuusosassa käsitellään yleisesti kalsiumkarbonaattimateriaaleja, saostetun kalsiumkarbonaatin valmistusmenetelmiä ja vastaavanlaisen materiaalin esikäsittelymenetelmiä. Lisäksi tarkastellaan erilaisia analyysimenetelmiä, joita voidaan käyttää kiinteiden epäorgaanisten tai mineraalinäytteiden kemiallisen koostumuksen sekä fysikaalisten ja kemiallisten reaktioiden määrittämiseen. Kokeellisessa osassa tutkittiin käsittelemättömiä saostettuja kalsiumkarbonaattinäytteiden ominaisuuksia ja kemiallista koostumusta erilaisilla alkuaine-, ioni-/spesies- sekä pyrolyysimittauksilla. Näytteitä modifioitiin lämmityksen ja jauhatuksen avulla. Modifioinnin vaikutusta näytteiden kemiallisiin koostumuksiin tutkittiin vertailemalla tuloksia käsittelemättömien näytteiden antamiin tuloksiin. Tutkimus osoitti, että näytteiden lämpökäsittelyllä ei ollut lähes ollenkaan vaikutusta näytteiden kemialliseen koostumukseen. Toisin osoitti näytteiden jauhatus, joka laski ammoniumin pitoisuutta näytteissä. Laitetekniikkaa käytettäessä kapillaarielektroforeesi, ionikromatografi, ICP-AES ja SEM (FTIR) antoivat luotettavinta tietoa näytteiden kemiallisista koostumuksista. Näytteiden fysikaalisia ja kemiallisia reaktioita voitiin havainnollistaa parhaiten käyttäen STA-QMS -laitetta.

Precipitated calcium carbonate is used in various industrial products. Mostly, it is used as a filler material in papers, paints and plastics, but also as an additive in food products. Since many applications require certain purity for precipitated calcium carbonate, its chemical composition is very an interesting research topic. The main purpose of this study was to determine the chemical composition of precipitated calcium carbonate and find out the effects of its modification on chemical characteristics. In the literature part of the thesis, calcium carbonate materials, manufacturing methods of precipitated calcium carbonate and pretreatment methods of inorganic solids are reviewed. In addition, different methods of analysis that are used for measuring the chemical composition and chemical and physical reactions are examined. In the experimental part of this thesis, quality and chemical composition of untreated precipitated calcium carbonate materials were measured by using different elemental, species and pyrolysis analyses. Furthermore, the effects of the modification, such as heating and grinding, on chemical composition were studied. The study showed that thermal treatment had barely any effect on the chemical com-position of samples. Grinding had a more clear effect on the chemical composition of samples: It decreases the concentration of ammonium ion in the calcium samples. Using different analysis methods, capillary electrophoresis, ion chromatography, ICP-AES and SEM (FTIR) gave the most reliable results of chemical compositions. The best analysis method for determination of the chemical and physical reactions in the sample is STA-QMS used at high temperatures with mass spectrometer identification.