Kalcinēšana ir process, kurā cietie paraugs tiek pakļauts augstām temperatūrām ar klātbūtnē vai bez skābekļa. Analītiskajā ķīmijā tas ir viens no pēdējiem gravimetriskās analīzes posmiem. Tāpēc paraugs var būt jebkura veida, neorganisks vai organisks; bet jo īpaši tas attiecas uz minerāliem, māļiem vai želejveida oksīdiem.
Kad kalcinēšanu veic gaisa straumēs, tiek teikts, ka tā notiek skābekļa saturotā atmosfērā; piemēram, cietas vielas vienkārši uzsildīšana ar sadegšanas produktu atklātā telpā vai krāsnīs, kurām nevar piemērot vakuumu.
Rudimentārā vai alķīmiskā kalcinēšana zem klajas debess. Avots: Pixabay.
Ja skābekli aizstāj ar slāpekli vai cēlu gāzi, tiek uzskatīts, ka kalcinēšana notiek inerto atmosfērā. Atšķirība starp atmosfērām, kas mijiedarbojas ar uzkarsētu cietu vielu, ir atkarīga no tā jutības pret oksidāciju; tas ir, lai reaģētu ar skābekli, lai pārveidotos citā oksidētākā savienojumā.
Ar kalcinēšanu tiek mēģināts nevis izkausēt cietu vielu, bet gan modificēt to ķīmiski vai fizikāli, lai tā atbilstu īpašībām, kas vajadzīgas tās pielietošanai. Vispazīstamākais piemērs ir kaļķakmens CaCO 3 kalcinēšana , lai to pārvērstu betonam nepieciešamajā kaļķā - CaO.
Process
Saikne starp kaļķakmens termisko apstrādi un apdedzināšanas terminu ir tik cieša, ka patiesībā nav retums domāt, ka šis process attiecas tikai uz kalcija savienojumiem; Tomēr tā nav taisnība.
Visas cietās vielas, neorganiskas vai organiskas, var kalcinēt, kamēr tās neizkausē. Tāpēc karsēšanas procesam jānotiek zem parauga kušanas temperatūras; Ja vien tas nav maisījums, kurā viens no tā komponentiem izkausē, bet pārējie paliek cietā stāvoklī.
Kalcinēšanas process mainās atkarībā no parauga, mēroga, mērķa un cietās vielas kvalitātes pēc tās termiskās apstrādes. To kopumā var iedalīt divos veidos: analītiskajā un rūpnieciskajā.
Analītiski
Ja kalcinēšanas process ir analītisks, tas parasti ir viens no pēdējiem obligātajiem gravimetriskās analīzes posmiem.
Piemēram, pēc virknes ķīmisku reakciju ir iegūtas nogulsnes, kas to veidošanās laikā neizskatās pēc tīras cietas vielas; acīmredzot pieņemot, ka savienojums ir zināms iepriekš.
Neatkarīgi no attīrīšanas metodēm, nogulsnēm joprojām ir ūdens, kas jānoņem. Ja šādas ūdens molekulas atrodas uz virsmas, to noņemšanai nebūs nepieciešama augsta temperatūra; bet, ja tie ir "ieslodzīti" kristālu iekšpusē, tad cepeškrāsns temperatūrai var būt jāpārsniedz 700-1000ºC.
Tas nodrošina, ka nogulsnes ir sausas un tiek noņemti ūdens tvaiki; līdz ar to tā sastāvs kļūst noteikts.
Tāpat, ja nogulsnes tiek termiski sadalītas, temperatūrai, kurā tās jākarsē, jābūt pietiekami augstai, lai nodrošinātu reakcijas pabeigšanu; pretējā gadījumā jums būtu ciets un nenoteikts sastāvs.
Divi iepriekšējie punkti ir apkopoti šādos vienādojumos:
A nH 2 O => A + nH 2 O (tvaiki)
A + Q (siltums) => B
Nedefinētas cietās vielas būtu A / A · nH 2 O un A / B maisījumi , ja ideālā gadījumā tiem vajadzētu būt attiecīgi tīram A un B.
Rūpnieciskā
Rūpnieciskā kalcinēšanas procesā kalcinēšanas kvalitāte ir tikpat svarīga kā gravimetriskajā analīzē; bet atšķirība ir montāžā, metodē un saražotajos daudzumos.
Analītiskajā mēģina izpētīt reakcijas veiktspēju vai kalcinētās īpašības; kamēr rūpniecības nozarē ir svarīgāk, cik daudz un cik ilgi tiek saražots.
Labākais rūpnieciskā kalcinēšanas procesa attēlojums ir kaļķakmens termiskā apstrāde, lai uz to notiktu šāda reakcija:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Kalcija oksīds, CaO, ir kaļķis, kas nepieciešams cementa ražošanai. Ja pirmo reakciju papildina šie divi:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
Iegūtos CaCO 3 kristālus var pagatavot un izmērīt no tā paša savienojuma izturīgajām masām. Tādējādi tiek iegūts ne tikai CaO, bet arī tiek iegūti CaCO 3 mikrokristāli , kas nepieciešami filtriem un citiem attīrītiem ķīmiskiem procesiem.
Visi metāliskie karbonāti sadalās vienādi, bet dažādās temperatūrās; tas ir, to rūpnieciskās kalcinēšanas procesi var būt ļoti atšķirīgi.
Kalcinēšanas veidi
Pati par sevi nav iespējams klasificēt kalcinēšanu, ja vien mēs nebalstāmies uz procesu un izmaiņām, kuras cietā viela piedzīvo ar temperatūras paaugstināšanos. Raugoties no šī pēdējā skatupunkta, var teikt, ka pastāv divu veidu kalcinēšana: viena ķīmiskā, otra - fizikālā.
Ķīmija
Ķīmiskā kalcinēšana ir tāda, kurā cietais vai nogulšņu paraugs termiski sadalās. Tas tika izskaidrots attiecībā uz CaCO 3 . Pēc augstās temperatūras uzklāšanas savienojums nav vienāds.
Fiziskā
Fiziskā kalcinēšana ir tāda, kurā parauga raksturs galu galā nemainās, kad tas izdalījis ūdens tvaikus vai citas gāzes.
Piemērs ir pilnīga nogulsnes dehidratācija, neveicot reakciju. Kristālu izmērs var mainīties arī atkarībā no temperatūras; augstākā temperatūrā kristāli mēdz būt lielāki, un rezultātā struktūra var “uzpūsties” vai plaisāt.
Šis pēdējais kalcinēšanas aspekts: kristālu lieluma kontrole nav detalizēti apskatīta, taču to ir vērts pieminēt.
Lietojumprogrammas
Visbeidzot, tiks uzskaitīta virkne vispārēju un īpašu kalcinēšanas lietojumu:
-Metālu karbonātu sadalīšanās attiecīgajos oksīdos. Tas pats attiecas uz oksalātiem.
- Minerālu, želatīna oksīdu vai jebkura cita parauga dehidrēšana gravimetriskai analīzei.
-Iesniedz cietvielu fāzes pārejai, kas istabas temperatūrā varētu būt metastable; tas ir, pat ja jūsu jaunie kristāli būtu atdzisuši, viņiem vajadzēs laiku, lai atgrieztos pie tā, kā bija pirms kalcinēšanas.
-Aktivizē alumīnija oksīdu vai oglekli, lai palielinātu tā poru lielumu un izturētos, kā arī absorbējošās cietās vielas.
-Pārveido minerālu nanodaļiņu, piemēram, Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4, strukturālās, vibrācijas vai magnētiskās īpašības ; tas ir, tie tiek pakļauti fiziskai kalcinēšanai, kur siltums ietekmē kristālu lielumu vai formu.
- To pašu iepriekšējo efektu var novērot vienkāršākām cietām vielām, piemēram, SnO 2 nanodaļiņām , kuru izmērs palielinās, kad tās ir spiestas aglomerēties ar augstu temperatūru; vai neorganiskos pigmentos vai organiskās krāsvielās, ja temperatūra un graudi ietekmē to krāsas.
-Un jēlnaftas koksa paraugi, kā arī citi gaistoši savienojumi desulfurizē.
Atsauces
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitatīvā analītiskā ķīmija (piektais izdevums). PEARSON Prentice zāle.
- Wikipedia. (2019. gads). Kalcinēšana. Atgūts no: en.wikipedia.org
- Elsevier. (2019. gads). Kalcinēšana. ScienceDirect. Atgūts no: sciencedirect.com
- Habijs Martins. (sf). Papīra ražošanas mitrā ķīmijas mini enciklopēdija. Atgūts no: projekti.ncsu.edu
- Indrayana, IPT, Siregar, N., Suharyadi, E., Kato, T. & Iwata, S. (2016). Nanokristāliskā Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 mikrostruktūras, vibrācijas spektru un magnētisko īpašību atkarība no kalcinēšanas temperatūras . Fizikas žurnāls: konferenču sērija, 776. sējums, 1. izdevums, raksta id. 012021.
- FEECO International, Inc. (2019). Kalcinēšana. Atgūts no: feeco.com
- Gaber, MA Abdel-Rahim, AY Abdel-Latief, Mahmoud. N. Abdels-Salams. (2014). Kalcinēšanas temperatūras ietekme uz nanokristāliskā SnO 2 struktūru un porainību, kas sintezēts ar parasto nokrišņu metodi. Starptautiskais elektroķīmiskās zinātnes žurnāls.