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白垩（Chalk），柔软，细粒，易粉碎，白色至灰色的石灰石品种。白垩由有孔虫、球石和横纹虫等微小海洋生物的贝壳组成。最纯净的品种含有高达99%的矿物方解石形式的碳酸钙。在白垩中发现有海绵针状体、硅藻、贝壳、石英碎屑颗粒，其中燧石结核对其成分贡献了少量二氧化硅。另外白垩中还存在少量粘土矿物、海绿石和磷酸钙。[3]
广泛的白垩矿床可以追溯到白垩纪（1.455亿至6550万年前），其名称来源于拉丁语（creta）的白垩。这种矿床多出现在瑞典南部的西欧和英格兰，特别是在英吉利海峡沿岸多佛的白垩悬崖上。白垩矿床还广泛出现在美国，从南达科他州南部到德克萨斯州，向东到阿拉巴马州。[3]
来源与形成
统计表明，白垩沉积多形成于拉张（局部扭压）应力背景、盆地基底轮廓不规则，呈狭长形，一般是断陷+坳陷叠合盆地。海平面的升降会影响白垩沉积，其中高水位器更有利于白垩的沉积与保存。[4]熟悉的北海盆地白垩被认为是白垩纪明显海侵的结果，导致部分大陆架沉积。[5]
白垩中成岩沉积岩改变的钙质超微化石通常来源通常来源于海洋的钙质软泥，那里的温度和表层水的营养条件有利于钙质浮游生物。[5]大部分发表在欧洲白垩和研究地区的研究成果表明，白垩是在温带到热带的大陆架海洋环境中沉积形成的，水深在100至300米之间。白垩几乎完全由骨骼材料组成，其中包括大型有壳生物（包括双壳类棘皮动物、苔鲜动物等）以及有孔虫和钙质生物体机械分解产生的物质。[6]
白垩沉积的深度取决于钙质浮游生物尸体在海水中的溶解度，称为碳补偿深度。而孔隙率高的白垩是一种主要的石油储集层，在中国的南海、欧洲的北海等地区存在这种石油储集层。[7]
白垩储层形成于中白垩统-下始新统之中， 主要在上白垩统。古老地层单元中的远洋碳酸盐岩沉积物不能发育成较好的储层，原因有两个：①埋藏成岩造成的孔隙度较少；②缺乏钙质浮游生物。直到侏罗纪钙质浮游生物颗石球才出现，晚侏罗世浮游有孔虫才出现，这些生物的多样化繁盛期是在晚白垩世。正是由于钙质浮游生物的出现，使得其在地层中得以沉淀保存，形成厚层沉积物。早期的浮游生物多以有机质的形成蕴藏于沉积物中。[4]
基本性质
白垩是一种细粒的石灰岩，主要由稳定的低镁方解石组成。因此，它们经历的成岩蚀变不同于更广泛研究的文石和高镁方解石，浅海碳酸盐沉积物。[8]
| 中文名 | 白垩 |
| 中文拼音 | bái è |
| 英文名 | Chalk[1] |
| 主要化学成分 | CaCO3[3] |
| 外观 | 白色、无味粉末或无色结晶[2] |
| 结晶体 | 复三方偏三面晶类[9] |
| 颗粒大小 | 较小[6] |
| 固有渗透性 | 较低[6] |
| 分子量 | 100.09[2] |
| 熔点 | 1517~2442 °F[2] |
| 溶解度 | 几乎不溶于水和酒精；泡腾溶解在稀乙酸，稀盐酸和稀硝酸中[2] |
| 密度 | 2.7-2.95 g/cm3[2] |
| 稳定性 | 在空气中稳定[2] |
| 热稳定性 | 在700至900°C分解[2] |
| 折射率 | 1.7216（300 nm）；1.6584 （589 nm）；1.6503 （750 nm）[2] |
| 可燃性 | 不可燃[2] |
| 储存条件 | 与酸、铝、铵盐、氟和镁分开存放[2] |
| GHS 危害声明 | H315 （94.71%）： 引起皮肤刺激[2] H318 （54.71%）： 造成严重眼损伤[2] H319 （43.24%）： 引起严重的眼睛刺激[2] H335（41.47%）：可能引起呼吸道刺激[2] |
| NIOSH 允许暴露限值 | TWA 10 mg/m3 （总粉尘浓度）[10] TWA 5 mg/m3 （吸入粉尘浓度）[10] |
白垩作为一种沉积岩，在测量物理性质的尺度上具有较高的均匀性，但其性质变化范围很大。孔隙度、渗透率、毛细管入口压力和弹性模量等性质是原始沉积物成分和随后由微生物作用、埋藏应力、温度和孔隙压力引起的成岩历史的结果。[5]影响孔隙几何形状的原因多样，其中颗粒尺寸颗粒形状。胶结和充填是最重要的。[6]孔隙率是其他性能的主要决定因素，沉积物的特殊表面控制着渗透率和毛细管入口压力。[5]
白垩状结构
白垩状结构碳酸盐岩是一种白色或淡色疏松、酥脆、多微孔灰岩。白垩状结构灰岩的主要鉴定特征是：在宏观上：岩石为白色或淡色松软、酥脆、多微孔的灰岩，其比重较轻；在微观上：岩石具有低镁方解石微晶及微亮晶格架，晶体大小1～10μｍ，一般1～5μｍ。[11]狭义白垩状结构灰岩是指深水盆地、陆棚斜坡及内台地局限海相（如潟湖）中形成的白垩状微孔隙灰泥岩及粒泥岩基质。广义白垩状结构灰岩指盆地相和陆棚相中包括生物礁、滩的各种沉积体内各种沉积组构产生的白垩状灰岩，也包括白垩状去白云石化灰岩及（真）白垩。[11]
成岩作用
成岩作用包括机械压实作用、孔隙硬化胶结作用、溶蚀作用和孔隙充填胶结作用。涉及粘土氧化硅和方解石的过程是相互关联的，但在不同的地方进展不同。这在一定程度上取决于包括有机物在内的原始沉积物成分，而有机物成分可能通过微生物作用诱发结核的形成。成岩作用还取决于水深、埋藏速率和过压。这些因素导致埋藏过程中不同地区的应力、温度和孔隙压力以不同的速率增加。随着成岩作用的进展，方解石组分的比表面越来越少，细晶硅酸盐的作用越来越多，这是方解石晶体粗化和胶结的反映。[5]
胶结作用
作为一种典型的软岩或硬土材料白垩颗粒间的胶结作用对其力学性态有重要而不可忽视的影响。此外国内外研究还表明水饱和度的变化也是影响白垩力学性态的主要因素。向白垩内注入水时水饱和度的提高引发了白垩孔隙崩溃现象。[12]大多数白平沉积为相对稳定的低镁方解石。白垩的非均匀孔隙空间的变化由于缺乏粒间胶结作用，因而大多数白垩是相对较软的岩石。[6]
重质碳酸钙原料
白垩作为软岩，因其易于开采和开采而被广泛使用，通常只需要粉碎和研磨白垩土块即可生产出符合质量的粉末。[1]白垩土是生产碳酸钙中的重质碳酸钙（GCC）的原料。重质碳酸钙是由矿场中的白垩、石灰石等天然矿石经破碎 、粉碎 、超细粉碎等工艺而制取的各种类型、不同粒度的产品。[13]除此以外，使用化学办法进行生产的为轻质碳酸钙（PCC），二者均主要为结晶体是复三方偏三面晶类的方解石，其在常温常压下为稳定型。[9]重质碳酸钙可广泛应用于造纸、涂料、塑料、橡胶、日化、油漆、油墨、牙膏、食品、医药等各个领域。[13]其不仅能增加产品体积，节约母料，降低成本，而且能提高制品的物理性能、印刷性能和尺寸稳定性等。[14]
造纸行业应用
在纸张制造工艺中，由白垩土为原料生产的碳酸钙是其中不可或缺的填料选择。纸张的制造是在纸张的基本原料植物纤维中加入适量的滑粉、碳酸钙等填料和胶料，经过化学加工抄制而成。[15]由于碳酸钙填料具有较低的硬度、较窄的离子尺寸分布、较低的表面积、优良的留着特性以及较低的成本，使其成为一种广为应用的新闻纸填料。[16]碳酸钙填料具有优良的光学品质可以很好地改善纸业特征，添加后可显著降低漂白化学品的用量，且相较于轻质碳酸钙来说，重质碳酸钙的吸油值低，耗胶量小，施胶效果好，因而技术应用上更优良。[9][16]
塑料行业应用
在早期塑料行业中，重质碳酸钙添加到基体树脂中国年生产塑料制品主要起到增容、增重、降低成本等作用；随着塑料行业进一步发展，对功能性的要求提高，对于补强或赋予功能性为目的的功能性填充剂的期望与年俱增，需要重质碳酸钙在塑料加工中起到改善加工性能、分散性能作用，提高尺寸稳定性、刚性和韧性，增强耐热性能、抗老化以及抗紫外线性能，取代昂贵的白色颜料钛白粉等还可以起到一定的增白作用，提高制品的表面光泽和表面平整性等作用。[17]
涂料行业应用
早在史前洞穴里，公元前40000年到10000年间，人们就检测到洞穴内的白垩，也就是碳酸钙成分，并在时代末期发现穴居人艺术家使用白垩作为颜料使用。[1]此后的白垩便作为粉笔最主要的原料来源，白垩（chalk）也因此得名。由于其表面的多孔性，也使得以其为原料的涂料拥有足够的遮盖力。[1]
在当前工业中，重钙是涂料中应用最为广泛的原料，它不仅价廉，还可以大幅度降低涂料的制作成本。 作为功能性填料之一，其粒径及其粒径分布、形态对涂料性能均产生一定的影响。常用填料的粒径在0.01～44 μm 之间，形态有球形、针状、纤维状和片状，填料粒子形态影响其包装、涂膜的柔韧性和龟裂性等，粒径和粒径分布影响遮盖力、黏度、涂膜孔隙度、介质和表面活性剂需求量、光泽等，因而可改善表面光滑度和弯曲惯量，控制粘度。[17]
日用化学品、医药、食品等行业应用
重质碳酸钙可作为牙膏磨擦剂填充于牙膏中，改变膏体的流变性能，通过细粒的擦磨，除去牙齿中的垢物。在医药与食品碳酸钙用作医药、食品和饲料添加剂，主要作用是补充人和动物的钙质。[18]
危害
参考资料 18
- 参考 1
- Calcium Carbonate(Compound) — pubchem
- Earth Science: Chalk — Encyclopedia Britannica
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- Calcium carbonate — Centers for Disease Control and Prevention
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18