炭酸カルシウムは、化学式CaCO₃で表される無機化合物です。自然界では、方解石、石灰岩、大理石、白大理石、チョーク、鍾乳石、トラバーチンなど、様々な形態をとります。また、サンゴ、貝殻、卵殻などの主成分でもあります。
1. 方解石
方解石は自然界で最も一般的な炭酸カルシウム鉱物です。砕くと多くの四角い破片が得られることから「方解石」と名付けられました。方解石は、石灰岩、大理石、鍾乳石、アイスランドスパーなどの主要な鉱物です。方解石の炭酸カルシウム含有量は通常、大理石や石灰岩よりも高く、99%を超えます。
方解石は、大方解石、小方解石、アイスランドスパーに分類されます。大方解石は規則的な劈開が明瞭で透明度が高く、小方解石は不規則で微細な劈開が見られます。方解石自体は無色または白色ですが、鉄、マンガン、銅などの元素を含むことが多く、様々な色を呈します。
方解石は地球上の岩石を形成する鉱物で、地殻全体の 40% 以上を占め、その種は 200 種類以上あります。
2. アイスランド・スパー
無色透明な方解石の一種であるアイスランドスパーは、自然界で最も純粋な炭酸カルシウム結晶です。アイスランドで初めて発見されたため、「アイスランドスパー」と名付けられました。アイスランドスパーは強い複屈折と最大の偏光機能を有し、重要な光学材料であり、人工的に製造したり代替したりできない天然結晶です。
高品質のアイスランドスパー結晶は、玄武岩中の方解石鉱脈およびゼオライト方解石鉱脈から産出されます。光学産業では、偏光プリズムや偏光子によく使用されます。また、アイスランドスパーは太陽黒点観測装置や天文学用マクロメーターの製造にも不可欠であり、宝石ダイクロイックミラーのプリズムにも使用されています。
3. 石灰岩（岩石）
石灰岩は、鉱物原料としての石灰岩の商標です。方解石を主成分とする炭酸塩岩で、ドロマイト、粘土鉱物、砕屑性鉱物を含むことが多く、灰色、灰白色、灰黒色、黄色、淡赤色、赤褐色などの色を呈します。
石灰岩は、セメント、ガラス、炭化カルシウム、ソーダ灰、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、軽質炭酸カルシウムなどの製造原料として用いられます。また、そのまま石材や砕石に加工して建築材料として使用することもできます。石灰岩は、冶金、環境保護など、多くの分野で広く利用されています。 食べ物、医薬品、ゴム、プラスチック、製紙、インク、コーティング、化粧品など。
4. 大理石（岩石）
大理石は主に方解石とドロマイトから成り、微量の珪灰石、滑石、透閃石、透輝石、斜長石、石英、ペリクレースなどの鉱物を含みます。粒状の変成構造と塊状（時には縞状）の構造を呈します。純粋な大理石は白色ですが、不純物を含むと様々な色や美しい縞模様を呈します。装飾用の建築石材や彫刻石として広く利用されています。
中国における白大理石の最大の埋蔵量は、四川省宝興市と広西チワン族自治区賀州市にあります。賀州産白大理石は、炭酸カルシウム含有量が99%以上、白色度が95%以上です。高い白度、良好な純度、柔らかな色合い、安定した化学組成、そして硫化物などの人体に有害な元素を含まないことで知られており、国内外で高い評価を得ています。
四川省宝興産の白大理石は、粒子が細かく、白さがより純粋で、品質も優れています。中国における白大理石の開発において、現在最も優れた製品の一つとされています。
5. ホワイトマーブル
白大理石は、白大理石の中でも高品質なものです。主にCaCO₃、MgCO₃、SiO₂で構成され、少量のAl₂O₃、Fe₂O₃などの元素も含まれています。
本物の白大理石は北京方山白で、北京市南西部の房山区大世窩鎮高荘村で産出されます。その埋蔵量は80万立方メートルで、国内最大です。方山白は「国宝」とされ、その緻密で硬い質感、白く繊細な品質、そして荘厳で豊かな風格で有名です。雪のように白く、玉のように硬く、霜のように澄んでいて優雅で、雄大で荘厳な外観を呈しています。吉祥、優雅、富貴の象徴となり、古くから各王朝の皇室御用達品であり、「白皇石」としても知られています。
6. チョーク
チョークは方解石の一種で、炭酸カルシウムの微細な堆積物です。その名称はラテン語で「粘土」を意味する言葉に由来し、白亜紀後期の地層に見られる一般的なチョークを指します。これは、海生無脊椎動物の殻、特に円石類の炭酸カルシウムが堆積して形成されたものです。
チョークは柔らかく、砕けやすく、多孔質であるため、しばしば左官材として使用されます。例えば、初期のチョークはチョーク彫刻の制作に使用されていました。ヨーロッパでは、約161トントンの重質炭酸カルシウムがチョークから生産されています。
7. 鍾乳石
鍾乳石としても知られるこの用語は、一般的な 分類 鍾乳石、石筍、石柱などの炭酸カルシウムの堆積物で、炭酸塩岩地域の洞窟内で特定の地質条件下で長い年月をかけて形成されます。
石灰岩の主成分は炭酸カルシウムです。二酸化炭素を含む水と反応すると、より溶解性の高い重炭酸カルシウムが生成されます。重炭酸カルシウムを含む水を加熱したり、急激に圧力を下げたりすると、水中に溶けていた重炭酸カルシウムは分解して炭酸カルシウムを再生し、それが沈殿して二酸化炭素を放出します。洞窟の上部から水がゆっくりと浸透すると、水中の重炭酸カルシウムの一部も同様の反応を起こします。一部は洞窟の上部に、一部は底部に堆積します。時間の経過とともに、上部には鍾乳石、底部には石筍が形成されます。鍾乳石と石筍が繋がることで、石柱が形成されます。
8. トラバーチン
トラバーチン（石灰岩）は、重炭酸カルシウムを含む地下水から二酸化炭素が地表に到達した際に放出されて形成される炭酸カルシウムの化学的沈殿物です。カルスト地形の泉、河川、湖沼の堆積によって形成された、マクロポーラスな二次炭酸カルシウムです。トラバーチンの鉱物成分は主に方解石とアラゴナイトです。
トラバーチンには多様な形態があり、一般的な形態としてはトラバーチン円錐、丘、扇状などがあります。
陸上環境に広く分布し、特に降水量が多く年間平均気温が高い石灰岩地帯に多く見られます。四川省松潘県にある黄龍国家風景区は、希少な高原冷水トラバーチン景観を有し、1992年にユネスコ世界自然遺産に登録されました。世界三大景観の一つとして、最も壮観な露天石灰化池、最大のトラバーチン海岸流、そして最大のトラバーチン崩落壁が知られています。
9. サンゴ
サンゴは、サンゴポリプから分泌される石灰質骨格の集合体によって形成されます。その化学組成は主にCaCO₃で、微結晶方解石の集合体の形で存在し、一定量の有機物も含まれています。サンゴは典型的には樹木のような形をしており、縦縞模様があり、色は主に白色ですが、青や黒の色合いのものもあります。
10. シェル
殻は、水辺に生息する軟体動物の外套膜です。軟体動物の体内にある特殊な腺細胞が分泌して形成される石灰化した物質で、体の柔らかい部分を保護します。
殻は主に無機相と有機相の二つの相から構成されています。無機相は95～99.9%のCaCO₃（方解石、アラゴナイト、バテライト、非晶質）で構成されています。常温条件下では、方解石が最も安定し、アラゴナイトは比較的安定し、バテライトは最も不安定です。有機相は殻の組成の約0.1～5%を占め、タンパク質、糖タンパク質、多糖類、キチン、脂質、そしてカルシウム、炭素、酸素、水素、ストロンチウム、マグネシウムなどの元素を含んでいます。
天然の炭酸カルシウム鉱物と比較すると、貝殻は独特の多層構造、多層構造の「レンガとモルタル」構造を有しています。この構造により、貝殻は高い靭性や強度といった優れた特性を有しています。
研究によると、ホタテ貝殻から調製した活性酸化カルシウムは、通常の酸化カルシウムよりも優れた活性と強い抗菌作用を示すことが示されています。また、廃棄貝殻から水浴加熱法を用いて調製した生体活性物質ハイドロキシアパタイトは、優れたin vitro生物活性を示しました。貝殻粉末を原料とし、リン源としてリン酸水素二アンモニウム、添加剤として尿素を使用することで、高純度で均一かつ制御可能なナノベルトハイドロキシアパタイトの製造に成功しました。さらに、貝殻をリン酸緩衝液に24時間浸漬すると、溶解-再結晶反応により、貝殻表面に薄片状構造の炭酸塩型アパタイト層が堆積しました。この結果は、調製したアパタイトが優れた生物活性を示すことを示し、貝殻およびその成分がバイオマテリアルおよび生体活性物質研究に潜在的可能性を秘めていることを浮き彫りにしました。
11. 卵殻
卵の殻は、93% CaCO₃、1.0% MgCO₃、2.8% Mg₃(PO₄)₂、および3.2% 有機物で構成されています。
廃棄卵殻は豊富なカルシウム資源を含み、バイオベースの炭酸カルシウムや酸化カルシウムの重要な原料です。安全で環境に優しいとされており、触媒、吸着剤、添加剤などとして使用できます。卵殻炭酸カルシウムは、酢酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、クエン酸カルシウム、ピルビン酸カルシウム、リンゴ酸カルシウム、果汁カルシウム、硫酸カルシウム、過酸化カルシウムなど、様々なカルシウム系製品の製造に使用できます。
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