粉笔

背景

学校教室中使用的粉笔是细长的，直径约 0.35 英寸（9 毫米），长约 3.15 英寸（80 毫米）。课程通常使用粉笔在黑板（或黑板，因为它们最初被称为）上呈现给整个班级，因为这种方法已被证明既便宜又容易。

正如在自然界中发现的那样，自史前时代以来，粉笔就被用于绘画，根据考古学家的说法，当时它帮助创作了一些最早的洞穴图画。后来，不同国家和风格的艺术家主要使用粉笔进行素描，一些用虫胶或类似物质保护的绘画得以幸存。为了方便艺术家，粉笔最初被制成棍棒。其方法是将天然白垩磨成细粉，然后加水、黏土作黏合剂和各种干色。然后将所得油灰滚成圆柱体并干燥。尽管杂质会产生多种颜色的天然粉笔，但当艺术家自己制作粉笔时，他们通常会添加颜料以使这些颜色更加鲜艳。例如，碳被用来增强黑色，而氧化铁 (Fe 2 O 3 ) 则创造了更鲜艳的红色。

直到 19 世纪，当班级人数开始增加并且教师需要一种方便的方式同时向许多学生传达信息时，粉笔才成为教室的标准。教师不仅使用大黑板，而且学生还使用单独的黑板，配有粉笔棒和海绵或布作为橡皮擦。这些小黑板用于练习，尤其是在低年级学生中。浸入墨水池中的钢笔是书写最终副本的首选工具，但这些是留给年龄较大的学生使用的，这些学生可以放心不会弄得一团糟：纸——当时完全由破布制成——很贵。

课堂粉笔性质的一个重要变化与黑板的变化并行。黑板曾经是黑色的，因为它们是由真正的石板制成的。虽然一些专家主张改用黄色黑板和深蓝色或紫色粉笔来模拟在纸上写字，但当制造商在 20 世纪开始用合成材料制作黑板时，他们选择了绿色，认为这更利于眼睛。黄色成为粉笔的首选颜色。

今天生产的几乎所有粉笔都是无尘的。早些时候，较软的粉笔往往会产生一团灰尘，有些人担心这可能会导致呼吸系统问题。无尘粉笔仍会产生灰尘；只是尘埃落定的更快。制造商通过将粉笔烘烤更长时间以使其更加硬化来实现这一点。一家法国公司使用的另一种方法是将每根无尘粉笔的 80% 浸入虫胶中，以防止粉笔擦到手上。

原材料

白垩的主要成分是碳酸钙 (CaCO 3 )，一种石灰石。石灰石矿床以块石的形式发展 （浮游生物骨骼分解产生的微小钙质板）堆积，形成沉积层。浮游生物是一种微小的海洋生物，它将海水中天然存在的钙浓度从 0.04% 浓缩到 40%，然后在浮游生物死亡时沉淀下来。

为了制粉，首先要开采石灰石，一般采用露天采石法。接下来，必须粉碎石灰石。初级破碎，例如在颚式破碎机中，破碎大石块；二次破碎将较小的块粉碎成鹅卵石。然后在球磨机中用水湿磨石灰石 - 一个旋转的钢鼓，里面装有钢球，以进一步粉碎白垩。这一步洗去杂质并留下细粉。

粉笔的基础是硫酸钙（CaSO 4 ），它来源于石膏（CaSO 4 -2H 2 O），一种由海洋卤水沉积形成的蒸发矿物；它也发生在石灰岩中。因此，白垩和脱水石膏具有相似的来源和特性。粉彩还包含用于粘合的粘土和油以及强颜料。这种混合物产生的笔杆书写流畅而不会弄脏，并且在纸上比在黑板上画得更好。尽管在制造白垩时会非常小心地去除污染物，但仍会保留一些矿物固有的杂质。其中最主要的是二氧化硅、氧化铝、铁、磷和硫。在不太显着的量中，锰、铜、钛、氧化钠、氧化钾、氟、砷和锶也可能出现。

制造
过程

开采石灰石

• 1 美国生产的石灰石中约有 95% 是开采出来的。在对足够的储量（建议 25 年的价值）进行勘探后，用推土机和铲运机移除覆盖矿床的土地。如果白垩接近地表，可采用开架采石法；然而，这是非常罕见的。通常使用露天采石场方法代替。在这种方法中，在岩石上钻孔，在里面放置炸药，然后将岩石炸开。根据矿床的性质，坑可以横向或纵向扩大。

粉碎粉笔

• 2 开采出较大块的石灰石后，需要将它们运送到破碎机，在那里进行粉碎以满足白垩行业的需求。第一步是初级破碎。破碎机有很多种，但原理都是一样的：都是用颚或圆锥来压缩石头，或者通过冲击将其粉碎。二级破碎由较小的破碎机以更高的速度工作，生产鹅卵石，然后将其磨碎并粉碎。
• 3 下一阶段，湿磨，洗去杂质。它用于制造适合书写用途的粉笔所需的优质石灰石。湿法研磨是在球磨机中进行的——旋转钢鼓，里面装有钢球，将粉笔粉碎成非常细的粉笔。

研磨后，粉笔颗粒在振动筛上过筛以分离更细的颗粒。然后将颗粒与水混合，通过合适尺寸的模具挤出，并切割成合适的长度。最后，粉笔在烤箱中固化四天。

脱水石膏

• 4 石膏和石灰石一样，也被开采和粉碎。加工石膏的主要区别在于它必须脱水以形成硫酸钙，这是有色白垩的主要成分。这是在釜中完成的，这是一个大型燃烧室，石膏在其中被加热到 244 到 253 华氏度（116 到 121 摄氏度）之间。让它沸腾，直到它减少了 12% 到 15%，此时它的含水量将从 20.9% 减少到 5% 到 6%。为了进一步减少水分，石膏被重新加热到大约 402 华氏度（204 摄氏度），然后从水壶中取出。到现在为止，几乎所有的水都蒸发了，只剩下硫酸钙。

筛选、清洁和运输
粉笔

• 5 白垩或硫酸钙颗粒现在被传送到振动筛，筛出更细的材料。然后将随后产生的细粉笔清洗、干燥、装入袋子中并运送到制造商处。收到粉笔或硫酸钙后，粉笔厂通常会再次研磨材料，使其光滑且均匀。

制作白色课堂粉笔

• 6 为了制作白色课堂粉笔，制造商加水以形成具有粘土稠度的稠浆。然后将浆料放入模具中并从模具中挤出 - 一个具有所需细长形状的孔口。将这些木棍切成大约 24.43 英寸（62 厘米）的长度，然后将木棍放在一张纸上，纸上有五个这样的木棍。然后将片材放入烤箱中，粉笔在 188 华氏度（85 摄氏度）下固化四天。固化后，将木棒切成 80 毫米长。

制作彩色课堂粉笔

• 将 7 种颜料（干燥的、天然的、有色的材料）与碳酸钙混合，同时两者都是干燥的（该过程类似于在添加液体之前将面粉和发酵粉一起过筛，如蛋糕配方）。然后将水加入混合物中，然后以与白色课堂粉笔相同的方式烘烤。

制作粉彩

• 8 另一种制造方法用于粉彩，即用于艺术绘画的粉笔。该程序类似于用于彩色课堂粉笔的程序，但使用硫酸钙代替碳酸钙。此外，干燥的材料与粘土和油混合，并添加更多的颜料，以产生具有牙膏稠度的浆液。由于最终产品必须相对湿润，粉彩通常风干而不是烘烤。

拳击粉笔

• 9 将完成的粉笔放在小盒子里，然后堆放在大盒子里，运往供应商店。

质量控制

用于教室的粉笔必须经过严格的测试才能表现良好并贴上无毒标签。所有进料在使用前都经过纯度测试。粉笔制成棒后，从每批中选取一根进行测试。测定样品棒的密度和断裂强度。然后使用样本书写，并研究标记的质量。还研究了可擦除性。首先，使用干橡皮擦擦除粉笔标记，并检查擦除质量。然后，清洗黑板，并再次检查留在黑板上的粉笔量。此外，每批次的样品都会保存五年，以便将来在其质量受到质疑时进行检查。

课堂用粉笔符合美国国家标准协会的性能标准。书面规格说明了粉笔棒的适当长度，以及一个盒子里应该放多少支粉笔。 1990 年 11 月 18 日，联邦法案（公法 100-695） 生效，要求所有在美国销售的艺术材料必须由合格的毒理学家评估，然后必须发布标签解释其毒性。毒理学家关心的不是成本而是安全，他们在批准之前必须考虑许多因素。研究了每种成分、使用量以及与其他成分可能发生的不良反应。还考虑了产品的尺寸和包装、对人体的潜在危害以及产生过敏反应的倾向。毒理学家还考虑到产品的使用和潜在的误用，以及所有联邦和州法规。每种颜色的配方和每次配方更改都必须获得批准。

如果课堂粉笔符合非营利制造商协会艺术与工艺材料研究所的标准，则它会被标记为“CP [认证产品] 无毒”。该标签证明儿童美术材料无毒并符合质量和性能的自愿标准，并且已正确标记成人美术材料的毒性。 CP 印章还表明该产品符合由艺术和工艺材料协会以及美国国家标准协会和美国测试与材料协会 (ASTM) 等其他机构制定的材料、工艺、工作质量和颜色标准。为确保诚实，大多数粉笔制造商都由独立的毒理学家随机测试，以确保他们符合无毒标准。大多数制造商都遵守如此严格的标准，因为知识渊博的学校不会购买没有正确标记的粉笔。

未来

许多人考虑使用粉笔和黑板来呈现过时的材料。一些专家声称，教师顽固地抵制可以改善教学并完全消除黑板的新技术。最近一项调查使用高架投影仪教学是否比使用黑板更有效的研究得出结论，黑板更具互动性、渐进性和富有成效。

最近教育新闻中的一个发展是电子黑板。老师用大电视屏幕代替普通的黑板，从计算机终端输入材料。在更高级的场景中，每个学生使用一个终端，教师从主计算机向其发送信息。专家称，这样的设置对学生来说更具视觉冲击力，比老式黑板用途更广，比满是灰尘的粉笔更干净，教师更容易使用，并且能够通过使用图形和动画更好地呈现更复杂的材料.然而，已经对电子黑板的可行性进行了许多研究，而且大多数人似乎倾向于保留传统的黑板，至少目前是这样。复杂且易于阅读的电子黑板超出了大多数学校的预算限制和技术能力。此外，对电子系统有效性的研究表明，使用它的教师花更多的时间准备课程，师生互动较少，学生对电子黑板不满意，新设备将学生的注意力分散在屏幕和屏幕上。老师传达信息。虽然部分地区对电子黑板的热情仍然很高，但未来一段时间课堂上粉笔的使用是有保障的。