Hispanopedia WikiLa calcinación es un tratamiento térmico de un compuesto químico sólido (por ejemplo, minerales carbonatados mixtos ) mediante el cual el compuesto se eleva a alta temperatura sin fundirse con un suministro restringido de oxígeno (es decir, la fracción gaseosa de O₂ del aire), generalmente con el propósito de eliminar impurezas o sustancias volátiles y/o para inducir la descomposición térmica . [ 1 ]
La raíz de la palabra calcinación hace referencia a su uso más destacado: eliminar el carbono y el oxígeno de la piedra caliza (carbonato de calcio) mediante la aplicación de calor para obtener óxido de calcio (cal viva). Esta reacción de calcinación (que es endotérmica ) es CaCO₃ ( s) → CaO(s) + CO₂ ( 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 ( CO₂ ).
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 ]
Etimología
El proceso de calcinación deriva su nombre del latín calcinare , que significa "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 la fabricación de cemento . El producto de la calcinación se denomina generalmente "calcina", independientemente de los minerales que se someten al tratamiento térmico.
procesos industriales
La calcinación se lleva a cabo en hornos o reactores (a veces denominados calderas o calcinadores) de diversos diseños, entre los que se incluyen hornos de cuba, hornos rotatorios , hornos de solera múltiple y reactores de lecho fluidizado .
Algunos ejemplos de procesos de calcinación son los siguientes:
- descomposición de minerales carbonatados, como en la calcinación de la piedra caliza para eliminar el dióxido de carbono ;
- descomposición de minerales hidratados, como en la calcinación de bauxita y yeso , mineral carbonatado 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 a rutilo o la desvitrificación de materiales vítreos ;
- eliminación de iones amonio en la síntesis de zeolitas ;
- desfluoración del fluoruro de uranilo para crear dióxido de uranio y gas ácido fluorhídrico ;
- Tratamiento térmico de la antracita mediante horno de calcinación eléctrico o calcinación con gas, que da como resultado el desarrollo de una estructura grafítica.
Reacciones
Las reacciones de calcinación suelen tener lugar a la temperatura de descomposición térmica o por encima de ella (en el caso de reacciones de descomposición y volatilización) o de la temperatura de transición (en el caso de transiciones de fase ). Esta temperatura se define generalmente como aquella en la que la energía libre de Gibbs estándar para una reacción de calcinación determinada es igual a cero.
Calcinación de piedra caliza
En la calcinación de la piedra caliza, un proceso de descomposición que ocurre entre 900 y 1050 °C (1650 y 1920 °F) , la reacción química es
La energía libre estándar de Gibbs de reacción en [J/mol] se aproxima como Δ G ° r ≈ 177 100 J/mol − 158 J/(mol*K) * T . [ 4 ] La energía libre estándar de reacción es 0 en este caso cuando la temperatura, T , es igual a 1121 K, o 848 °C (1558 °F) .
Oxidación
En algunos casos, la calcinación de un metal produce su oxidación , dando lugar a un óxido metálico . En su ensayo " Respuesta formal a la pregunta de por qué el estaño y el plomo aumentan de peso al calcinarse " (1630), Jean Rey señala que "tras colocar dos libras y seis onzas de estaño inglés fino en un recipiente de hierro y calentarlo intensamente en un horno abierto durante seis horas con agitación continua y sin añadirle nada, obtuvo dos libras y trece onzas de una cal blanca". Afirmó que "este aumento de peso proviene del aire, que en el recipiente se ha vuelto más denso, pesado y, en cierta medida, adhesivo, por el calor vehemente y prolongado del horno: este aire se mezcla con la cal (ayudado por la agitación frecuente) y se adhiere a sus partículas más diminutas: de forma similar a como el agua hace más pesada la arena que se echa en ella y se agita, humedeciéndola y adhiriéndose a sus granos más pequeños". Presumiblemente, el metal ganó peso al oxidarse. [ 5 ]
A temperatura ambiente, el estaño es bastante resistente al impacto del aire o del agua, ya que se forma una fina película de óxido en la superficie del metal. En el aire, el estaño comienza a oxidarse a una temperatura superior a 150 °C (302 °F) : Sn + O₂ → SnO₂ . [ 6 ]
Antoine Lavoisier exploró este experimento con resultados similares tiempo después. [ 7 ]
Alquimia
En alquimia , se creía que la calcinación era uno de los 12 procesos vitales necesarios para la transformación de una sustancia.
Los alquimistas distinguían dos tipos de calcinación: actual y potencial . La calcinación actual es la que se produce mediante fuego real, a partir de madera, carbón u otro combustible, elevado a cierta temperatura. La calcinación potencial es la que se produce mediante fuego potencial , como el de sustancias químicas corrosivas; por ejemplo, el oro se calcinaba en un horno de reverbero con mercurio y sal amoniacal ; la plata con sal común y sal alcalina ; el cobre con sal y azufre ; el hierro con sal amoniacal y vinagre ; el estaño con antimonio ; el plomo con azufre; y el mercurio con ácido nítrico . [ 8 ]
También existía la calcinación filosófica , que se decía que ocurría cuando los cuernos, pezuñas, etc., se colgaban sobre agua hirviendo u otro líquido, hasta que perdían su mucílago y se reducían fácilmente a polvo. [ 8 ]
Según la teoría obsoleta del flogisto , la ' cal ' era la verdadera sustancia elemental que quedaba después de que el flogisto fuera expulsado de ella en el proceso de combustión . [ 9 ]
Referencias
- ↑ "Calcinación" . Compendio de Terminología Química de la IUPAC . 2014. doi : 10.1351/goldbook.C00773 .
- ↑ "Procesamiento a alta temperatura con calcinadores" .
- ↑ Diccionario médico, de enfermería y de ciencias de la salud afines de Mosby, cuarta edición, Mosby-Year Book Inc., 1994, pág. 243
- ↑ Gilchrist, JD (1989). Metalurgia de la extracción (3.ª ed.). Oxford: Pergamon Press. pág. 145. ISBN 978-0-08-036612-8.
- ↑ Rey, Jean (1953). Ensayos de Jean Rey, doctor en medicina, sobre una investigación de la causa por la cual el estaño y el plomo aumentan de peso al calcinarse (1630) . E. & S. Livingstone para el Alembic Club. OCLC 154124030 .
- ↑ "Estaño: sus estados de oxidación y reacciones con él" .
- ↑ "Calcinación de estaño de Lavoisier" .
- 1 2 Este artículo incorpora texto de una publicación que ahora es de dominio público : Chambers, Ephraim , ed. (1728). "Calcinación" . Cyclopædia, o un diccionario universal de artes y ciencias (1.ª ed.). James y John Knapton, et al.
- ↑ Daintith, John, ed. (2008). «Teoría del flogisto» . Diccionario de química (6.ª ed.). Oxford University Press . doi : 10.1093/acref/9780199204632.001.0001 . ISBN 9780191726569—vía Oxford Reference.
A principios del siglo XVIII, Georg Stahl renombró la sustancia como flogisto (del griego «quemado») y extendió la teoría para incluir la calcinación (y corrosión) de los metales. Así, se creía que los metales estaban compuestos de cal (un residuo pulverulento) y flogisto; al calentar un metal, el flogisto se liberaba y la cal permanecía. El proceso podía revertirse calentando el metal sobre carbón vegetal (una sustancia que se creía rica en flogisto, ya que la combustión lo consumía casi por completo). La cal absorbería el flogisto liberado por el carbón en combustión y volvería a ser metálica.
- procesos químicos
- Química de los métodos de construcción
- procesos alquímicos