Die Kalzinierung ist ein Prozess, bei dem eine feste Probe in Gegenwart oder Abwesenheit von Sauerstoff hohen Temperaturen ausgesetzt wird. In der analytischen Chemie ist dies einer der letzten Schritte der gravimetrischen Analyse. Die Probe kann daher beliebiger Art sein, anorganisch oder organisch; Vor allem aber geht es um Mineralien, Tone oder gelatineartige Oxide.
Wenn die Kalzinierung unter Luftströmungen durchgeführt wird, soll sie in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auftreten; B. einfach einen Feststoff mit einem Brandprodukt der Verbrennung in offenen Räumen oder in Öfen zu erhitzen, an die kein Vakuum angelegt werden kann.
Rudimentäre oder alchemistische Kalzinierung unter freiem Himmel. Quelle: Pixabay.
Wenn Sauerstoff durch Stickstoff oder ein Edelgas ersetzt wird, erfolgt die Kalzinierung unter einer inerten Atmosphäre. Der Unterschied zwischen den Atmosphären, die mit dem erhitzten Feststoff interagieren, hängt von seiner Oxidationsempfindlichkeit ab. das heißt, mit Sauerstoff zu reagieren, um sich in eine andere stärker oxidierte Verbindung umzuwandeln.
Bei der Kalzinierung wird nicht versucht, den Feststoff zu schmelzen, sondern ihn chemisch oder physikalisch zu modifizieren, um die für seine Anwendungen erforderlichen Eigenschaften zu erfüllen. Das bekannteste Beispiel ist die Kalzinierung von Kalkstein CaCO 3 , um ihn in den für Beton erforderlichen Kalk CaO umzuwandeln.
Prozess
Die Beziehung zwischen der Wärmebehandlung von Kalkstein und dem Begriff Kalzinierung ist so eng, dass es nicht ungewöhnlich ist anzunehmen, dass dieser Prozess nur für Kalziumverbindungen gilt. Dies ist jedoch nicht wahr.
Alle anorganischen oder organischen Feststoffe können kalzinieren, solange sie nicht schmelzen. Daher muss der Erhitzungsprozess unterhalb des Schmelzpunkts der Probe stattfinden; Es sei denn, es ist eine Mischung, bei der eine ihrer Komponenten schmilzt, während die anderen fest bleiben.
Der Kalzinierungsprozess variiert in Abhängigkeit von der Probe, den Skalen, dem Objektiv und der Qualität des Feststoffs nach seiner Wärmebehandlung. Dies kann global in zwei Typen unterteilt werden: analytische und industrielle.
Analytisch
Wenn der Kalzinierungsprozess analytisch ist, ist er im Allgemeinen einer der letzten unverzichtbaren Schritte für die gravimetrische Analyse.
Beispielsweise wurde nach einer Reihe chemischer Reaktionen ein Niederschlag erhalten, der während seiner Bildung nicht wie ein reiner Feststoff aussieht; offensichtlich unter der Annahme, dass die Verbindung im Voraus bekannt ist.
Unabhängig von den Reinigungstechniken enthält der Niederschlag immer noch Wasser, das entfernt werden muss. Wenn sich solche Wassermoleküle an der Oberfläche befinden, sind keine hohen Temperaturen erforderlich, um sie zu entfernen. Wenn sie jedoch in den Kristallen "eingeschlossen" sind, muss die Ofentemperatur möglicherweise 700-1000 ° C überschreiten.
Dies stellt sicher, dass der Niederschlag trocken ist und Wasserdämpfe entfernt werden; folglich wird seine Zusammensetzung bestimmt.
Wenn sich der Niederschlag thermisch zersetzt, muss die Temperatur, bei der er kalziniert werden muss, hoch genug sein, um sicherzustellen, dass die Reaktion vollständig ist. Andernfalls hätten Sie einen Feststoff mit undefinierter Zusammensetzung.
Die folgenden Gleichungen fassen die beiden vorherigen Punkte zusammen:
A nH 2 O => A + nH 2 O (Dampf)
A + Q (Wärme) => B.
Die undefinierten Feststoffe wären Gemische A / A · nH 2 O und A / B, wenn sie idealerweise reines A bzw. B sein sollten.
Industriell
Bei einem industriellen Kalzinierungsprozess ist die Qualität der Kalzinierung genauso wichtig wie bei der gravimetrischen Analyse. Der Unterschied liegt jedoch in der Montage, der Methode und den produzierten Mengen.
In der Analyse versucht man, die Leistung einer Reaktion oder die Eigenschaften des Kalzinierten zu untersuchen; Im Industriesektor ist es wichtiger, wie viel und wie lange produziert wird.
Die beste Darstellung eines industriellen Kalzinierungsprozesses ist die Wärmebehandlung von Kalkstein, so dass dieser die folgende Reaktion durchläuft:
CaCO 3 => CaO + CO 2
Calciumoxid, CaO, ist der zur Herstellung von Zement erforderliche Kalk. Wenn die erste Reaktion durch diese beiden ergänzt wird:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 => CaCO 3
Die resultierenden CaCO 3 -Kristalle können aus robusten Massen derselben Verbindung hergestellt und dimensioniert werden. So wird nicht nur CaO hergestellt, sondern es werden auch CaCO 3 -Mikrokristalle erhalten , die für Filter und andere raffinierte chemische Prozesse erforderlich sind.
Alle Metallcarbonate zersetzen sich auf die gleiche Weise, jedoch bei unterschiedlichen Temperaturen. Das heißt, ihre industriellen Kalzinierungsprozesse können sehr unterschiedlich sein.
Arten der Kalzinierung
An sich gibt es keine Möglichkeit, die Kalzinierung zu klassifizieren, es sei denn, wir stützen uns auf den Prozess und die Veränderungen, die der Feststoff mit steigender Temperatur erfährt. Aus dieser letzten Perspektive kann gesagt werden, dass es zwei Arten der Kalzinierung gibt: eine chemische und eine physikalische.
Chemie
Bei der chemischen Kalzinierung wird die Probe, der Feststoff oder der Niederschlag thermisch zersetzt. Dies wurde für den Fall von CaCO 3 erklärt . Die Verbindung ist nicht dieselbe, nachdem die hohen Temperaturen angewendet wurden.
Körperlich
Bei der physikalischen Kalzinierung ändert sich die Art der Probe am Ende nicht, sobald sie Wasserdampf oder andere Gase freigesetzt hat.
Ein Beispiel ist die vollständige Dehydratisierung eines Niederschlags ohne Reaktion. Auch die Größe der Kristalle kann sich abhängig von der Temperatur ändern; bei höheren Temperaturen neigen die Kristalle dazu, größer zu sein und die Struktur kann infolgedessen "aufblähen" oder reißen.
Dieser letzte Aspekt der Kalzinierung: Die Kontrolle der Größe der Kristalle wurde nicht im Detail angesprochen, ist jedoch erwähnenswert.
Anwendungen
Schließlich wird eine Reihe allgemeiner und spezifischer Kalzinierungsanwendungen aufgeführt:
-Zersetzung von Metallcarbonaten in ihren jeweiligen Oxiden. Gleiches gilt für Oxalate.
-Dehydratisierung von Mineralien, Gelatineoxiden oder anderen Proben zur gravimetrischen Analyse.
- Übergibt einen Feststoff an einen Phasenübergang, der bei Raumtemperatur metastabil sein könnte; Das heißt, selbst wenn Ihre neuen Kristalle abgekühlt wären, würde es einige Zeit dauern, bis sie wieder so sind, wie sie vor dem Kalzinieren waren.
-Aktiviert Aluminiumoxid oder Kohlenstoff, um die Größe seiner Poren zu erhöhen und sich sowie absorbierende Feststoffe zu verhalten.
-Modifiziert die strukturellen, schwingenden oder magnetischen Eigenschaften von mineralischen Nanopartikeln wie Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 ; Das heißt, sie werden physikalisch kalziniert, wobei Wärme die Größe oder Form der Kristalle beeinflusst.
- Der gleiche vorherige Effekt kann bei einfacheren Feststoffen wie SnO 2 -Nanopartikeln beobachtet werden , deren Größe zunimmt, wenn sie durch hohe Temperaturen zum Agglomerieren gezwungen werden. oder in anorganischen Pigmenten oder organischen Farbstoffen, bei denen die Temperatur und die Körner ihre Farben beeinflussen.
-Und entschwefelt Koksproben aus Rohöl sowie jeder anderen flüchtigen Verbindung.
Verweise
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