چرخه آهک

صفحه اصلی>بلاگ>چرخه آهک

چرخه آهک

چرخه آهک چیست

چرخه آهک یکی از بهترین نمونه های علم شیمی در طبیعت است. با وجود اینکه دو نوع آهک کلسیمی و آهک دولومیتی در طبیعت وجود دارد ، ولی چرخه آهک برای هر دو نوع اتفاق می افتد. اصولا منابع عظیم آهک موجود در طبیعت ، با وجود اینکه انسان به صورت گسترده ای در آن تغییر ایجاد می کند ، از بین نمی رود بلکه به صورت مداوم تغییر حالت می دهد.

سنگ آهک موجود در طبیعت ، شکل اولیه این ماده بوده و در اثر رسوب ترکیبات کلسیمی که معمولا در بدن موجود زنده می باشد ، طی میلیون ها سال ایجاد گردیده است. بیشترین سهم از تولید سنگ آهک را مرجان ها ، سخت پوستان و موجودات تک سلولی در دریا ها و اقیانوس ها دارند زیرا بدن آن به میزان بسیار زیادی از کلسیم تشکیل شده است. از نظر شیمیایی ، فرمول سنگ آهک به صورت کربنات کلسیم و با ساختار CaCO3 می باشد به این معنا که کلسیم بدن این موجودات ، به مرور زمان و با تحمل فشار زیاد ، با یون کربنات (متشکل از کربن و اکسیژن که به میزان عظیمی در دریا ها وجود دارد) ترکیب شده است. البته ناخالصی های مختلفی هم طی این تغییر شیمیایی با سنگ آهک ترکیب می شود که از آن جمله می توان به منیزیم اشاره نمود که سنگ آهک را به دولومیت (نوعی سنگ آهکی) تبدیل می نماید.

کربنات کلسیم انواع گوناگونی دارد که سنگ آهک یکی از آنها می باشد. این ماده بسیار سخت و مستحکم است و با دیگر مواد معدنی و شیمیایی واکنش خاصی ایجاد نمی کند. به همین علت انسان به مرور به فکر استفاده از این ماده در ساختمان سازی افتاد. امروزه ما آن را علاوه بر اینکه در تولید مصالح ساختمانی مختلف بکار می بریم ، همچنین کاربرد های صنعتی و شیمیایی متعددی نیز برای آن یافته ایم.

حال به بررسی چرخه آهک می پردازیم:

مرحله اول : تولید آهک زنده

آهک سنگی بسیار سخت است و راه اصلی تجزیه آن ، استفاده از حرارت شدید می باشد.  ما طی قرن گذشته دریافته ایم که با ساخت کوره های آهک‌پزی که می تواند حرارتی بیش از نهصد درجه سانتی گراد ایجاد کند ، قادریم آهک را تجزیه و در نتیجه ناخالصی های آن را جداسازی نماییم. با پخت سنگ آهک به دلیل جدا شدن ناخالصی های موجود در آن (که مهمترین ناخالصی ، دی اکسید کربن است) می توانیم آهک خالص تولید کنیم. فرمول شیمیایی کربنات کلسیم بعد از پخته شدن در چنین دمایی به اکسید کلسیم تغییر می نماید که آن را آهک زنده یا آهک پخته شده می نامیم.

CaCO3 + heat → CaO + CO2

طی این فرایند تقریبا نیمی از سنگ آهک به صورت گاز دی اکسید کربن از دسترس خارج می گردد و وزن باقی مانده آن نصف می شود. چنین حرارتی در طبیعت به ندرت ایجاد می گردد (تنها حرارت مواد مذاب آتشفشانی) ، از طرفی آهک زنده بسیار ناپایدار است و به محض تماس با آب ، فرمول شیمیایی آن به سرعت تغییر می کند به همین خاطر اکسید کلسیم در طبیعت یافت نمی شود و تنها به صورت شیمیایی می توان آن را تولید نمود.

کیفیت آهک زنده تولید شده ، یعنی میزان خلوص کلسیمی آن بستگی یه عوامل مختلفی دارد. مهم ترین عامل ، نوع سنگ آهک پخته شده است که هر چه مرغوب تر باشد ، آهک زنده بهتری به دست می آید. همچنین روش پخت نیز تاثیر زیادی در کیفیت آن دارد. این ماده در بخش های مختلف صنعتی به شکل گسترده ای بکار می رود.

مرحله دوم : تولید آهک هیدراته

همانطور که گفتیم ، اهک زنده از نظر شیمیایی ناپایدار است و در اثر تماس با آب و رطوبت ، تغییر می کند. این اتفاق ممکن است به صورت عمدی یا غیر عمدی رخ دهد. همچنین آهک پخته شده می تواند به مرور زمان رطوبت موجود در هوا را جذب نموده و تغییر کند. در این فرایند ، اکسید کلسیم در اثر ترکیب با آب ، یون هیدروکسید جذب کرده و به اصطلاح ، هیدراته یا شکفته می شود.

CaO + H2O → Ca(OH)2 + heat

ساختار شیمیایی آهک با هیدراته شدن به حالت پایدار می رسد. ماده جدید ، نوعی آهک شیمیایی با فرمول هیدروکسید کلسیم است که آهک هیدراته نام دارد. به دلیل عدم تولید آهک زنده در طبیعت ، بنابراین آهک هیدراته هم به ندرت در طبیعت وجود خواهد داشت. آهک شکفته شده بر خلاف آهک پخته شده در آب نامحلول است و از نظر شیمیایی ماده ای قلیایی محسوب می گردد.

این محصول به دلیل کاربرد آن در صنعت فولادسازی و تولید کاغذ بسیار اهمیت دارد و در حجم عظیمی در کشور های مختلف جهان تولید می گردد. کیفیت آهک هیدراته به صورت مستقیم بستگی به آهک زنده استفاده شده و روش هیدراته شدن آن دارد. برخی انواع بسیار خالص آن در صنایع غذایی و داروئی هم استفاده می شود.

مرحله سوم : کربناته شدن

این مرحله مربوط به بازگشت دوباره آهک تولیدی به فرم طبیعی آن در پوسته کره زمین است. فرایند کربناته شدن در مقابل فرایند کلسینه شدن یا همان پخت قرار دارد. البته بر خلاف فرایند پخت ، این عمل بسیار کند بوده و زمان زیادی نیاز دارد. زمانی که آهک هیدراته برای مدت طولانی در معرض هوا قرار می گیرد ، شروع به جذب گاز دی اکسید کربن هوا می نماید و به اصل خود یعنی کربنات کلسیم باز می گردد.

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

فرایند کربناسیون که معمولا