Kalsinasyon

Kalsinasyon, katı bir kimyasal bileşiklerin (örneğin, karışık karbonat cevherleri) ısıl işlemine atıfta bulunur; bu sayede bileşik, genellikle safsızlıkları veya uçucu maddeleri uzaklaştırmak ve / veya termal ayrışmaya maruz kalmak amacıyla, sınırlı ortam oksijeni kaynağı altında (yani havanın gaz halinde O2 fraksiyonu) erimeden yüksek sıcaklığa yükseltilir.
Kalsinasyon kelimesinin kökü, kalsiyum oksit (sönmemiş kireç) elde etmek için karbonu kireçtaşından (kalsiyum karbonat) yanma yoluyla uzaklaştırmak olan en belirgin kullanımını ifade eder.. Bu kalsinasyon reaksiyonu CaCO3 (s) - CaO(s) + CO2 (g) şeklindedir. Kalsiyum oksit, modern çimentoda çok önemli bir bileşendir ve aynı zamanda eritme işleminde kimyasal bir akış olarak kullanılır. Endüstriyel kalsinasyon genellikle karbondioksit ( ) yayar ve bu nedenle iklim değişikliğine önemli bir katkıda bulunur.
Kalsine edici, ısıtılmış bir fırın içinde dönen ve dolaylı yüksek sıcaklıkta (5501150 C veya 10002100 F) kontrollü bir atmosferde işleme gerçekleştiren çelik bir silindirdir.
Endüstriyel işlemler
Kalsinasyon işlemi, adını Latince calcinare'den (kireç yakmak) alır, çünkü en yaygın uygulaması, çimento oluşturmak için kalsiyum karbonatın (kireç taşı ) kalsiyum okside (kireç ) ve karbondioksite ayrıştırılmasıdır. Kalsinasyon ürünü, termal işleme tabi tutulan gerçek minerallerden bağımsız olarak, genel olarak "kalsin" olarak anılır. Kalsinasyon, şaft fırınları, döner fırınlar, çoklu ocak fırınları ve akışkan yataklı reaktörler dahil olmak üzere çeşitli tasarımlara sahip fırınlarda veya reaktörlerde (bazen fırınlar veya kalsinatörler olarak anılır) gerçekleştirilir.
Kalsinasyon işlemlerinin örnekleri aşağıdakileri içerir:
karbon dioksiti uzaklaştırmak için kireç taşının kalsinasyonunda olduğu gibi karbonat cevherlerinin ayrışması;
hidratlı minerallerin ayrışması, boksit ve alçı taşının kalsinasyonunda olduğu gibi, karbonat cevherinin su buharı olarak kristalleşmesiyle suyun uzaklaştırılması;
ham petrol kokunda bulunan uçucu maddenin ayrışması;
anatazın rutile dönüştürülmesinde veya cam malzemelerin devitrifikasyonunda olduğu gibi faz dönüşümlerini etkilemek için ısıl işlem;
zeolitlerin sentezinde amonyum iyonlarının uzaklaştırılması;
uranyum dioksit ve hidroflorik asit gazı oluşturmak için uranil florürün deflorinasyonu.
Tepkimeler
Kalsinasyon reaksiyonları genellikle termal ayrışma sıcaklığında (ayrışma ve buharlaşma reaksiyonları için) veya geçiş sıcaklığında (faz geçişleri için) veya üzerinde gerçekleşir. Bu sıcaklık genellikle belirli bir kalsinasyon reaksiyonu için standart Gibbs serbest enerjisinin sıfıra eşit olduğu sıcaklık olarak tanımlanır.
Kireçtaşı kalsinasyonu
Kireçtaşı kalsinasyonunda 900 ile 1050 C arasında gerçekleşen bir bozunma sürecidir kimyasal reaksiyon şöyledir;
CaCO 3 (k) - CaO(k) + CO 2 (g)
Günümüzde bu reaksiyon büyük ölçüde bir çimento fırınında meydana gelmektedir.
[J / mol] cinsinden reaksiyonun standart Gibbs serbest enerjisi, G r ≈ 177.100 J / mol − 158 J / (mol K) T olarak tahmin edilir. Sıcaklık T'nin 1121K veya 848 C'e eşit olduğu bu durumda reaksiyonun standart serbest enerjisi 0'dır
Oksidasyon
Bazı durumlarda, bir metalin kalsinasyonu, bir metal oksit üretmek için metalin oksidasyonuna neden olur. Jean Rey, " Kalay ve Kurşunun kalsine edildiklerinde neden ağırlıklarının arttığı sorusuna resmi yanıt " (1630) adlı makalesinde, "iki pound altı ons ince İngiliz tenekesini bir demir kaba koyup açık bir ocakta altı saat boyunca sürekli çalkalayarak ve ona hiçbir şey eklemeden güçlü bir şekilde ısıttıktan sonra, iki pound on üç ons beyaz buzağı geri kazandı" diye not eder. "Ağırlıktaki bu artışın, fırının şiddetli ve uzun süre devam eden ısısı ile kapta daha yoğun, daha ağır ve bir dereceye kadar yapışkan hale getirilen havadan geldiğini" iddia etti: "hangi hava kalksa karışır (sık ajitasyon yardımı) ve en küçük parçasına bağlanır: Sudan başka türlü değil, içine attığınız ve çalkaladığınız kumu nemlendirerek ve en küçük tanelerine yapışarak daha ağır hale getirir ", muhtemelen metal oksitlenirken ağırlık kazanmıştır.
Oda sıcaklığında kalay, metalin yüzeyinde ince bir oksit film oluşturduğundan hava veya su etkisine karşı oldukça dirençlidir. Havada, kalay 150 C:C'nin üzerinde bir sıcaklıkta oksitlenmeye başlar. Sn + O2 - SnO2.
Antoine Lavoisier bu deneyi daha sonra benzer sonuçlarla araştırdı.
Simya
Simyada, kalsinasyonun bir maddenin dönüşümü için gerekli olan 12 hayati süreçten biri olduğuna inanılıyordu.
Simyacılar, gerçek ve potansiyel olmak üzere iki tür kireçlenmeyi ayırt ettiler. Gerçek kireçlenme, belirli bir sıcaklığa yükseltilmiş odun, kömür veya diğer yakıtlardan gerçek ateşle meydana gelen şeydir. Potansiyel kireçlenme, aşındırıcı kimyasallar gibi potansiyel yangının neden olduğu durumdur; örneğin altın, cıva ve salamonyak ile yankılanan bir fırında kalsine edildi; ortak tuz ve alkali tuz ile gümüş; tuz ve kükürt ile bakır ; sal amonyak ve sirke ile demir ; antimonlu kalay; kükürt ile kurşun; ve cıva ile nitrik asit.
Ayrıca, boynuzların, toynakların vb. kaynar su veya diğer likörlerin üzerine yapışkanlıklarını kaybedene ve kolayca toz haline getirilebilecek duruma gelene kadar asıldığında meydana geldiği söylenen felsefi kalsinasyon da vardı.