La calcinación se refiere al calentamiento ( tratamiento térmico de) un compuesto químico sólido (por ejemplo, minerales de carbonato ) a altas temperaturas en ausencia o suministro limitado de aire u oxígeno (O 2 ), generalmente con el propósito de eliminar impurezas o sustancias volátiles y / o generar calor. descomposición . [1]
La raíz de la palabra calcinación se refiere a su uso más destacado, que es eliminar el carbono de la piedra caliza mediante la combustión para producir óxido de calcio (cal viva) . Esta reacción de calcinación es CaCO 3 (s) → CaO (s) + CO 2 (g). El óxido de calcio es un ingrediente crucial en el cemento moderno y también se utiliza como fundente químico en la fundición . La calcinación industrial generalmente emite dióxido de carbono ( CO
2), lo que lo convierte en uno de los principales contribuyentes al cambio climático .
Un calcinador es un cilindro de acero que gira dentro de un horno calentado y realiza un procesamiento indirecto a alta temperatura (550-1150 ° C o 1000-2100 ° F) dentro de una atmósfera controlada. [2]
Procesos industriales
El proceso de calcinación deriva su nombre del latín calcinare (quemar cal) [3] debido a su aplicación más común, la descomposición del carbonato de calcio ( piedra caliza ) en óxido de calcio ( cal ) y dióxido de carbono , para crear cemento . El producto de la calcinación se suele denominar en general "calcinación", independientemente de los minerales reales que se someten al tratamiento térmico. La calcinación se lleva a cabo en hornos o reactores (a veces denominados hornos o calcinadores) de varios diseños, incluidos hornos de cuba , hornos rotatorios , hornos de solera múltiple y reactores de lecho fluidizado .
Ejemplos de procesos de calcinación incluyen los siguientes:
- descomposición de minerales de carbonato, como en la calcinación de piedra caliza para eliminar el dióxido de carbono ;
- descomposición de minerales hidratados, como en la calcinación de bauxita y yeso , para eliminar el agua de cristalización en forma de vapor de agua;
- descomposición de la materia volátil contenida en el coque de petróleo crudo ;
- tratamiento térmico para efectuar transformaciones de fase, como en la conversión de anatasa en rutilo o desvitrificación de materiales de vidrio ;
- eliminación de iones amonio en la síntesis de zeolitas ;
- defluoración de fluoruro de uranilo para crear dióxido de uranio y gas ácido fluorhídrico .
Reacciones
Las reacciones de calcinación suelen tener lugar a la temperatura de descomposición térmica o por encima de ella (para las reacciones de descomposición y volatilización) o la temperatura de transición (para las transiciones de fase). Esta temperatura generalmente se define como la temperatura a la que la energía libre de Gibbs estándar para una reacción de calcinación particular es igual a cero.
Calcinación de piedra caliza
En la calcinación de piedra caliza, un proceso de descomposición que ocurre entre 900 y 1050ºC, la reacción química es
- CaCO 3 (s) → CaO (s) + CO 2 (g)
Hoy, esta reacción ocurre en gran parte en un horno de cemento .
La energía libre de reacción de Gibbs estándar se aproxima como ΔG ° r ≈ 177,100 - 158 T (J / mol). [4] La energía libre estándar de reacción es 0 en este caso cuando la temperatura, T , es igual a 1121 K u 848 ° C.
Oxidación
En algunos casos, la calcinación de un metal da como resultado la oxidación del metal para producir un óxido metálico . En el siglo XVII, Jean Rey notó que el plomo y el estaño cuando se calcinaban aumentaban de peso, presumiblemente a medida que se oxidaban.
Alquimia
En alquimia , se creía que la calcinación era uno de los 12 procesos vitales necesarios para la transformación de una sustancia.
Los alquimistas distinguieron dos tipos de calcinación, real y potencial . La calcinación real es la provocada por el fuego real, de madera, carbón u otro combustible, elevado a una cierta temperatura. La calcinación potencial es la provocada por un incendio potencial , como los productos químicos corrosivos; por ejemplo, el oro se calcinaba en un horno de reverberación con mercurio y sal amoniacal ; plata con sal común y sal alcalina ; cobre con sal y azufre ; hierro con sal amoniacal y vinagre ; estaño con antimonio ; plomo con azufre; y mercurio con aqua fortis . [5]
También hubo calcinación filosófica , que se decía que ocurría cuando los cuernos, cascos, etc., se colgaban sobre agua hirviendo u otro licor, hasta que perdían su mucílago y eran fácilmente reducibles a polvo. [5]
Referencias
- ^ IUPAC. "Calcinación" .
- ^ "Procesamiento a alta temperatura con calcinadores" .
- ^ Diccionario médico, de enfermería y de salud afines de Mosby, cuarta edición, Mosby-Year Book Inc., 1994, p. 243
- ^ Gilchrist, JD (1989). Metalurgia de extracción (3ª ed.). Oxford: Pergamon Press. pag. 145. ISBN 978-0-08-036612-8.
- ^ a b Este artículo incorpora texto de una publicación que ahora es de dominio público : Chambers, Ephraim , ed. (1728). "Calcinación" . Cyclopaedia, o Diccionario universal de artes y ciencias (1ª ed.). James y John Knapton, et al.