5.6. Карбонат магния

Карбонат магния (магний углекислый) MgCO₃ – бесцветное кристаллическое вещество тригональной системы типа кальцита. В природе в больших количествах встречается в виде минерала магнезита (тальковый шпат, горький шпат). Твердость его по шкале Мооса равна 3-5.

В воде карбонат магния практически не растворяется. Из раствора при температуре ниже 16⁰С кристаллизуется с пятью молекулами воды; при более высокой температуре выпадает тригидрат, который может переходить в моногидрат. При кипячении в воде постепенно гидролизуется, переходя в основные карбонаты типа 4MgCO₃·Mg(OH)₂·5H₂O.

В природе иногда встречается основной карбонат – гидромагнезит 4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O.

При нагревании карбоната магния происходит его разложение по реакции

МgCO₃ → MgO + CO₂.

Разложение начинается при температуре 350-400⁰С, но достаточно полно протекает при 600-650⁰С. Давление диссоциации составляет:

t, 0С	400	450	500	540
p, кПа	0,013	0,904	13,330	99,350

В условиях, соответствующих горению металлизированных пиротехнических составов, разложение идет по уравнению

МgСО₃ → MgO + C + O₂.

5.7. Карбонат кальция

Карбонат кальция (кальций углекислый) CaCO₃ – бесцветное кристаллическое вещество, встречающееся в природе в виде осадочных пород – известняка, мела, мрамора. Минералы карбоната кальция бывают двух разновидностей – кальцит и арагонит.

Наиболее часто встречающийся в природе кальцит (известковый шпат) кристаллизуется в гексагональной системе. Плотность его равна 2600-2800 кг/м³, твердость по шкале Мооса – 3. Он хорошо растворяется при обычной температуре в слабой соляной кислоте с выделением диоксида углерода.

Арагонит – менее распространенный минерал, кристаллизующийся в ромбической системе. Плотность его равна 2900-3000 кг/м³, твердость по шкале Мооса – 3,5-4,0. При нагревании до 300-400⁰С он превращается в кальцит, рассыпаясь в порошок.

В воде карбонат кальция практически не растворяется.

Заметное разложение карбоната кальция начинается при температуре 500⁰С и протекает по реакции

СаСО₃ → СаО + СО₂ – 117,9 кДж.

При дальнейшем повышении температуры диссоциация ускоряется и при 880⁰С давление достигает атмосферное.

Зависимость давления диссоциации р_СО2 (Па) от температуры описывается уравнением

lg р = 12,532 – 8920/T.

Вычисленное по этому уравнению значение температуры, при которой давление диоксида углерода достигает атмосферное, составляет 910⁰С. При наличии в карбонате кальция примесей она находится в пределах 900-921⁰С.

На скорость диссоциации кроме температуры оказывает влияние дисперсность карбоната кальция. Так, кальцит с размером частиц менее 60 мкм при нагревании в течение 60 ч при температуре 610⁰С теряет 36% массы, а с размером 90 мкм при тех же условиях – 22%. Полная диссоциация кальцита с размером частиц 60 мкм происходит при температуре 915⁰С, а с размером 20 мкм – при 902⁰С. При температуре более 900⁰С повышение ее на каждые 100⁰С ускоряет декарбонизацию известняка  в 30 раз.

Смеси карбоната кальция с магнием воспламеняются и сгорают при массовой доле карбоната от 62,2 до 80,5%.