Den kalcinering är en process i vilken ett fast prov utsattes för höga temperaturer i den närvaro eller frånvaro av syre. I analytisk kemi är det ett av de sista stegen i gravimetrisk analys. Provet kan därför vara av vilken natur som helst, oorganiskt eller organiskt; men särskilt handlar det om mineraler, leror eller gelatinösa oxider.
När kalcinering utförs under luftströmmar sägs det ske i en syresatt atmosfär; såsom att helt enkelt värma ett fast ämne med eldprodukt av förbränning i öppna utrymmen, eller i ugnar på vilka vakuum inte kan appliceras.
Rudimentär eller alkemisk kalkination under öppen himmel. Källa: Pixabay.
Om syre ersätts av kväve eller en ädelgas, sägs kalcinering ske under en inert atmosfär. Skillnaden mellan atmosfärerna som interagerar med det uppvärmda fastämnet beror på dess känslighet för oxidation; det vill säga att reagera med syre för att förvandlas till en annan mer oxiderad förening.
Det som söks med kalcinering är inte att smälta det fasta ämnet utan att modifiera det kemiskt eller fysiskt för att uppfylla de kvaliteter som krävs för dess tillämpningar. Det mest kända exemplet är kalcinering av kalksten, CaCO 3 , för att omvandla den till kalk, CaO, nödvändig för betong.
Bearbeta
Förhållandet mellan värmebehandlingen av kalksten och termen kalcinering är så nära att det i själva verket inte är ovanligt att anta att denna process endast gäller kalciumföreningar; Detta är dock inte sant.
Alla fasta ämnen, oorganiska eller organiska, kan kalciner så länge de inte smälter. Därför måste uppvärmningsprocessen ske under provets smältpunkt; Om inte det är en blandning där en av dess komponenter smälter medan de andra förblir fast.
Kalcineringsprocessen varierar beroende på provet, vågen, målet och kvaliteten på det fasta materialet efter dess värmebehandling. Detta kan delas globalt i två typer: analytiska och industriella.
Analytisk
När kalcineringsprocessen är analytisk är det i allmänhet ett av de sista oumbärliga stegen för gravimetrisk analys.
Till exempel har en fällning erhållits efter en serie kemiska reaktioner, som under dess bildning inte ser ut som ett rent fast ämne; förutsatt uppenbarligen att föreningen är känd i förväg.
Oavsett reningstekniker har fällningen fortfarande vatten som måste avlägsnas. Om sådana vattenmolekyler finns på ytan krävs inte höga temperaturer för att avlägsna dem; men om de "fångas" inuti kristallerna kan kanske ugnens temperatur överstiga 700-1000 ºC.
Detta säkerställer att fällningen är torr och vattenångor avlägsnas; följaktligen blir dess sammansättning bestämd.
På samma sätt, om fällningen genomgår termisk sönderdelning, måste temperaturen vid vilken den måste kalcineras vara tillräckligt hög för att säkerställa att reaktionen är fullbordad; annars skulle du ha ett fast ämne av odefinierad komposition.
Följande ekvationer sammanfattar de två föregående punkterna:
En nH 2 O => A + nH 2 O (ånga)
A + Q (värme) => B
De odefinierade fasta ämnen skulle vara blandningar A / A · nH 2 O och A / B, när helst de bör vara ren A och B, respektive.
Industriell
I en industriell kalcineringsprocess är kvaliteten på kalcineringen lika viktig som i gravimetrisk analys; men skillnaden är i monteringen, metoden och de producerade kvantiteterna.
I analysen försöker man studera prestandan för en reaktion eller egenskaperna hos den kalcinerade; i industrisektorn är det viktigare hur mycket som produceras och hur länge.
Den bästa representationen av en industriell kalcineringsprocess är värmebehandlingen av kalksten så att den genomgår följande reaktion:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Kalciumoxid, CaO, är den kalk som krävs för att framställa cement. Om den första reaktionen kompletteras av dessa två:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCOs 3
De resulterande CaCOs 3 kristaller kan vara förberedd och dimensionerad från robusta massorna av samma förening. Således produceras inte bara CaO utan också CaCO 3- mikrokristaller , nödvändiga för filter och andra raffinerade kemiska processer.
Alla metalliska karbonater sönderdelas på samma sätt, men vid olika temperaturer; deras industriella kalcineringsprocesser kan vara mycket olika.
Typer av kalcinering
I själva verket finns det inget sätt att klassificera kalcinering, såvida vi inte baserar oss på processen och på de förändringar som det fasta materialet genomgår med temperaturökningen. Från detta sista perspektiv kan man säga att det finns två typer av kalcinering: en kemikalie och den andra fysisk.
Kemi
Kemisk kalcinering är en där provet, fastämnet eller fällningen genomgår termisk sönderdelning. Detta förklarades för fallet med CaCO 3 . Föreningen är inte densamma efter att de höga temperaturerna har applicerats.
Fysisk
Fysisk kalcinering är en typ där provets natur inte förändras i slutändan när det har släppt vattenånga eller andra gaser.
Ett exempel är den totala dehydratiseringen av en fällning utan att genomgå en reaktion. Storleken på kristallerna kan också ändras beroende på temperaturen; vid högre temperaturer tenderar kristallerna att vara större och strukturen kan "puffa" eller spricka som ett resultat.
Denna sista aspekt av kalcinering: kontrollen av storleken på kristallerna har inte behandlats i detalj, men det är värt att nämna.
tillämpningar
Slutligen kommer en serie allmänna och specifika kalcineringsapplikationer att listas:
-Sönderdelning av metalliska karbonater i deras respektive oxider. Detsamma gäller för oxalater.
-Torkning av mineraler, gelatinösa oxider eller något annat prov för gravimetrisk analys.
-Sänder en fast till en fasövergång, som kan vara metastabel vid rumstemperatur; det vill säga, även om dina nya kristaller kyldes, skulle de ta tid att återgå till hur de var innan kalcinering.
-Aktiverar aluminiumoxid eller kol för att öka storleken på porerna och bete sig såväl som absorberande fasta ämnen.
-Modifies de strukturella, vibrational eller magnetiska egenskaperna hos mineralnanopartiklar såsom Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 ; det vill säga de genomgår fysisk kalcinering, där värme påverkar storleken eller formen på kristallerna.
- Samma tidigare effekt kan observeras i enklare fasta ämnen som SnO 2- nanopartiklar , som ökar i storlek när de tvingas agglomerera av höga temperaturer; eller i oorganiska pigment eller organiska färgämnen, där temperaturen och kornen påverkar deras färger.
-Och avsvavlar koksprover från råolja såväl som någon annan flyktig förening.
referenser
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitativ analytisk kemi (femte upplagan). PEARSON Prentice Hall.
- Wikipedia. (2019). Kalcinering. Återställd från: en.wikipedia.org
- Elsevier. (2019). Kalcinering. Science. Återställd från: sciencedirect.com
- Hubbe Martin. (Sf). Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. Återställdes från: projects.ncsu.edu
- Indrayana, IPT, Siregar, N., Suharyadi, E., Kato, T. & Iwata, S. (2016). Beroendet kalcineringstemperaturen av mikrostrukturella, vibrationsspektra och magnetiska egenskaperna hos nanokristallina Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 . Journal of Physics: Conference Series, bind 776, nummer 1, artikel-id. 012.021.
- FEECO International, Inc. (2019). Kalcinering. Återställs från: feeco.com
- Gaber, MA Abdel-Rahim, AY Abdel-Latief, Mahmoud. N. Abdel-Salam. (2014). Påverkan av kalcineringstemperatur på strukturen och porositeten hos nanokristallin SnO 2 syntetiserad med en konventionell utfällningsmetod. International Journal of Electrochemical Science.