کلسیناسیون چیست؟
کلسیناسیون چیست و کلسینه شدن یعنی چه؟ شاید این سوال برای شما هم پیش آمده باشد. کلسیناسیون یا کلسینه شدن به انگلیسی Calcination به گرم کردن یک ماده جامد مثل سنگ آهک طی فرایند عملیات حرارتی تا درجه حرارت بالا گفته می شود. کلسینه کردن را می توان در حضور هوا و یا در خلاء انجام داد و معمولا به منظور جداسازی مواد زائد و ناخالصی ها و یا تجزیه حرارتی ماده جامد صورت می گیرد.
علت نام گذاری
دلیل نام گذاری کلسیناسیون یا کلسینه سازی این است که مهم ترین کاربرد آن در جدا سازی کربن از سنگ کربنات کلسیم است. این عمل که با ایجاد حرارت زیاد از طریق احتراق کوره صورت می گیرد ، برای تبدیل سنگ آهک به آهک خالص انجام می شود. سنگ آهک دارای فرمول شیمیایی کربنات کلسیم است در حالی که پس از کلسینه شدن و تبدیل به آهک خالص ، فرمول آن به صورت اکسید کلسیم تغییر می کند. آهک خالص با نام های آهک زنده ، آهک کلسینه و آهک پخته شده هم معروف است و چون این فرایند بیشتر در صنعت تولید سیمان انجام می شود ، آن را با اصطلاح کلسیناسیون در سیمان می شناسند. در صنعت سیمان سازی مدرن ، آهک کلسینه یا همان اکسید کلسیم نقش بسیار مهمی دارد و موجب افزایش چسبندگی و استحکام سیمان می شود. البته این محصول شیمیایی در صنعت ذوب آهن هم کاربرد گسترده ای دارد.
فرمول شیمیایی واکنش کلسینه شدن :
CaCO3 (جامد) + Heat → CaO (جامد) + CO2 (گاز)
کلسینر یا کلسینه کننده چیست
کلسینر Calciner همان کوره آهک پزی صنعتی است. این کوره به صورت یک استوانه بزرگ است که به دور محور افقی خود می چرخد. برای پخت سنگ های داخل آن ، مشعل های قوی با ایجاد احتراق ، دمایی بین 550 تا 1150 درجه سانتی گراد درون کوره ایجاد می کنند تا سنگ آهک کلسینه شود. فرایند کلسیناسیون معمولا در دمای تجزیه ماده و یا بیش از آن و یا دمای تغییر فاز صورت می گیرد. از منظر عمل شیمی ، این دما ، دمایی است که انرژی آزاد گیبس برای یک واکنش خاص پتاسیم برابر با صفر باشد.
فرایند صنعتی
عمل کلسیناسیون به علت رایج ترین کاربرد آن یعنی تجزیه کربنات کلسیم (سنگ آهک) و تبدیل آن به اکسید کلسیم (آهک خالص) و آزاد سازی گاز دی اکسید کربن ، از کلمه لاتین Calcinare یعنی سوزاندن آهک اقتباس شده است. محصولاتی هم که از فرایند Calcination بدست می آیند را بدون توجه به ماده جامدی که به آن حرارت داده می شود به طور کلی با نام کلسینه می شناسیم. کلسینه سازی در کوره ها یا راکتورها مختلفی نظیر کوره شافت ، کوره دوار یا روتاری ، کوره های چندگانه و راکتور بستر سیال انجام می شود.
چرا کلسینه سازی انجام می دهیم؟
برخی از نمونه هایی که هدف فرایند کلسیناسیون هستند عبارتند از:
- تجزیه سنگ های کربناته مثل سنگ آهک برای حذف گاز کربنیک و تولید آهک خالص
- تجزیه مواد معدنی هیدراته مثل کلسیم بوکسیت و گچ با هدف حذف آب و خشک کردن ماده معدنی
- تجزیه مواد فرار موجود در ذغال سنگ
- کلسینه شدن برای ایجاد تغییرات فاز مثل تبدیل آناتاز به روتیل یا ضد عفونی کردن مواد شیشه ای
- حذف یونهای آمونیوم در خالص سازی سنگ زئولیت
- فلورینه کردن اورانیل فلوراید برای تولید دی اکسید اورانیوم و گاز اسید هیدروفلوئوریک
سابقه استفاده از کلسیناسیون
در گذشته‌ی دور کیمیاگران معتقد بودند که کلسیناسیون یکی از 12 فرآیند حیاتی می باشد که برای تبدیل یک ماده نیاز است. کیمیاگران دو نوع کلسینه سازی بالقوه و بالفعل را از یکدیگر تفکیک می کردند. کلسینه سازی بالفعل در اثر آتش سوزی واقعی از مواد سوختنی مثل چوب ، ذغال سنگ ، یا دیگر سوخت ها که به یک درجه حرارت خاص رسیده اند گفته می شود. کلسینه سازی بالقوه توسط توسط مواد شیمیایی ایجاد می گردد نه آتش واقعی. برای مثال می توان طلا را در یک کوره بدون آتش توسط جیوه و آمونیاک خالص سازی کرد و یا نقره را با نمک معمولی و نمک قلیایی ، مس را با نمک و گوگرد ، آهن را با نمک آمونیوم و سرکه ، قلع را با آنتیموان ، سرب را با گوگرد و جیوه را با اسید نیتریک کلسینه می کردند.
بسیار متشکرم