De calcineren is een proces waarbij een vast monster wordt blootgesteld aan hoge temperaturen in aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof. In analytische chemie is het een van de laatste stappen van gravimetrische analyse. Het monster kan daarom van elke aard zijn, anorganisch of organisch; maar het gaat vooral over mineralen, kleien of gelatineuze oxiden.
Wanneer het calcineren wordt uitgevoerd onder stromingen van lucht, wordt gezegd dat het plaatsvindt in een zuurstofrijke atmosfeer; zoals het eenvoudig verhitten van een vaste stof met verbrandingsproduct in open ruimtes, of in ovens waarop geen vacuüm kan worden toegepast.
Als zuurstof wordt vervangen door stikstof of een edelgas, dan vindt calcinering plaats onder een inerte atmosfeer. Het verschil tussen de atmosferen die interageren met de verwarmde vaste stof hangt af van de gevoeligheid voor oxidatie; dat wil zeggen, reageren met zuurstof om in een andere, meer geoxideerde verbinding te veranderen.
Bij calcineren wordt niet gezocht naar het smelten van de vaste stof, maar naar het chemisch of fysisch modificeren om te voldoen aan de kwaliteiten die vereist zijn voor de toepassingen ervan. Het bekendste voorbeeld is het calcineren van kalksteen, CaCO3, om het om te zetten in kalk, CaO, nodig voor beton.
Artikel index
Het verband tussen de warmtebehandeling van kalksteen en de term calcineren is zo nauw dat het in feite niet ongebruikelijk is om aan te nemen dat dit proces alleen van toepassing is op calciumverbindingen; Dit is echter niet waar.
Alle vaste stoffen, anorganisch of organisch, kunnen calcineren zolang ze niet smelten. Daarom moet het verwarmingsproces plaatsvinden onder het smeltpunt van het monster; Tenzij het een mengsel is waarbij een van de componenten smelt terwijl de andere vast blijven.
Het calcineringsproces varieert afhankelijk van het monster, de schalen, het doel en de kwaliteit van de vaste stof na de warmtebehandeling. Dit kan globaal worden onderverdeeld in twee typen: analytisch en industrieel.
Wanneer het calcinatieproces analytisch is, is het over het algemeen een van de laatste essentiële stappen voor gravimetrische analyse..
Zo is er bijvoorbeeld na een reeks chemische reacties een neerslag ontstaan dat er tijdens de vorming niet uitziet als een zuivere vaste stof; uiteraard ervan uitgaande dat de verbinding van tevoren bekend is.
Ongeacht de zuiveringstechnieken bevat het neerslag nog steeds water dat moet worden verwijderd. Als deze watermoleculen zich aan de oppervlakte bevinden, zijn hoge temperaturen niet nodig om ze te verwijderen; maar als ze "vastzitten" in de kristallen, kan de oventemperatuur hoger zijn dan 700-1000 ºC..
Dit zorgt ervoor dat het neerslag droog is en waterdampen worden verwijderd; bijgevolg wordt de samenstelling ervan gedefinieerd.
Ook als het neerslag thermische ontleding ondergaat, moet de temperatuur waarbij het gecalcineerd moet worden hoog genoeg zijn om er zeker van te zijn dat de reactie voltooid is; anders zou je een solide van ongedefinieerde compositie hebben.
De volgende vergelijkingen vatten de twee voorgaande punten samen:
Een nHtweeO => A + nHtweeO (stoom)
A + Q (warmte) => B
De ongedefinieerde vaste stoffen zouden mengsels A / A nH zijntweeO en A / B, terwijl ze idealiter respectievelijk zuiver A en B zouden moeten zijn.
Bij een industrieel calcineringsproces is de kwaliteit van het calcineren net zo belangrijk als bij gravimetrische analyse; maar het verschil zit hem in de montage, de methode en de geproduceerde hoeveelheden.
In het analytische probeert men de opbrengst van een reactie of de eigenschappen van het gecalcineerde te bestuderen; terwijl het in de industriële sector belangrijker is hoeveel er wordt geproduceerd en hoe lang.
De beste weergave van een industrieel calcineringsproces is de warmtebehandeling van kalksteen, zodat het de volgende reactie ondergaat:
Dief3 => CaO + COtwee
Calciumoxide, CaO, is de kalk die nodig is voor het maken van cement. Als de eerste reactie wordt aangevuld met deze twee:
CaO + HtweeO => Ca (OH)twee
Ca (OH)twee + COtwee => CaCO3
CaCO-kristalgrootte kan worden bereid en gecontroleerd3 als gevolg van robuuste massa's van dezelfde samenstelling. Zo wordt niet alleen CaO geproduceerd, maar worden ook microkristallen van CaCO verkregen.3, vereist voor filters en andere verfijnde chemische processen.
Alle metaalcarbonaten worden op dezelfde manier afgebroken, maar bij verschillende temperaturen; dat wil zeggen, hun industriële calcineringsprocessen kunnen heel verschillend zijn.
Op zichzelf is er geen manier om calcinering te classificeren, tenzij we ons baseren op het proces en de veranderingen die de vaste stof ondergaat met de temperatuurstijging. Vanuit dit laatste perspectief kan worden gezegd dat er twee soorten calcinering zijn: de ene chemische en de andere fysische..
Chemische calcinering is er een waarbij het monster, de vaste stof of het neerslag thermische ontleding ondergaat. Dit werd verklaard voor het geval van CaCO3. De compound is niet meer hetzelfde nadat de hoge temperaturen zijn aangebracht.
Fysische calcinering is er een waarbij de aard van het monster aan het einde niet verandert zodra het waterdamp of andere gassen heeft vrijgegeven.
Een voorbeeld is de totale dehydratatie van een neerslag zonder een reactie te ondergaan. Ook kan de grootte van de kristallen veranderen afhankelijk van de temperatuur; bij hogere temperaturen zijn de kristallen vaak groter en kan de structuur daardoor "opzwellen" of barsten.
Dit laatste aspect van calcineren: het regelen van de grootte van de kristallen, is niet in detail behandeld, maar het is het vermelden waard..
Ten slotte wordt een reeks algemene en specifieke calcinatietoepassingen opgesomd:
-Ontbinding van metallische carbonaten in hun respectievelijke oxiden. Hetzelfde geldt voor oxalaten.
-Uitdroging van mineralen, gelatineuze oxiden of een ander monster voor gravimetrische analyse.
-Het onderwerpt een vaste stof aan een faseovergang, die bij kamertemperatuur metastabiel zou kunnen zijn; dat wil zeggen, zelfs als je nieuwe kristallen zouden worden afgekoeld, zouden ze de tijd nodig hebben om terug te keren naar hoe ze waren vóór het calcineren.
-Activeert aluminiumoxide of koolstof om de poriën te vergroten en zich net zo goed te gedragen als absorberende vaste stoffen.
-Wijzigt de structurele, vibrationele of magnetische eigenschappen van minerale nanodeeltjes zoals Mn0,5Zn0,5GelooftweeOF4dat wil zeggen, ze ondergaan een fysische calcinering, waarbij warmte de grootte of vorm van de kristallen beïnvloedt.
-Hetzelfde eerdere effect kan worden waargenomen in eenvoudiger vaste stoffen zoals SnO-nanodeeltjes.twee, die in omvang toenemen wanneer ze door hoge temperaturen worden gedwongen te agglomereren; of in anorganische pigmenten of organische kleurstoffen, waarbij de temperatuur en de korrels hun kleur beïnvloeden.
-En ontzwavelt cokesmonsters uit ruwe olie, evenals andere vluchtige verbindingen.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.