Calcinação: processo, tipos, aplicações - Ciência - 2023

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o calcinação é um processo no qual uma amostra sólida é submetida a altas temperaturas na presença ou ausência de oxigênio. Em química analítica, é uma das últimas etapas da análise gravimétrica. A amostra pode, portanto, ser de qualquer natureza, inorgânica ou orgânica; mas, especialmente, é sobre minerais, argilas ou óxidos gelatinosos.

Quando a calcinação é realizada sob correntes de ar, diz-se que ocorre em uma atmosfera oxigenada; como simplesmente aquecer um sólido com o produto do fogo da combustão em espaços abertos ou em fornalhas nas quais o vácuo não pode ser aplicado.

Se o oxigênio é substituído por nitrogênio ou um gás nobre, diz-se que a calcinação ocorre sob uma atmosfera inerte. A diferença entre as atmosferas que interagem com o sólido aquecido depende de sua sensibilidade à oxidação; isto é, reagir com o oxigênio para se transformar em outro composto mais oxidado.


O que se busca com a calcinação não é derreter o sólido, mas modificá-lo química ou fisicamente para atender às qualidades exigidas para suas aplicações. O exemplo mais conhecido é a calcinação do calcário, CaCO3, para convertê-lo em cal, CaO, necessário para o concreto.

Processo

A relação entre o tratamento térmico do calcário e o termo calcinação é tão próxima que, de fato, não é incomum supor que esse processo se aplique apenas aos compostos de cálcio; No entanto, isso não é verdade.

Todos os sólidos, inorgânicos ou orgânicos, podem calcinar, desde que não derretam. Portanto, o processo de aquecimento deve ocorrer abaixo do ponto de fusão da amostra; A menos que seja uma mistura onde um de seus componentes derrete enquanto os outros permanecem sólidos.

O processo de calcinação varia de acordo com a amostra, as escamas, o objetivo e a qualidade do sólido após seu tratamento térmico. Isso pode ser globalmente dividido em dois tipos: analítico e industrial.


Analítico

Quando o processo de calcinação é analítico, geralmente é uma das últimas etapas indispensáveis ​​na análise gravimétrica.

Por exemplo, após uma série de reações químicas, obtém-se um precipitado que, durante sua formação, não se parece com um sólido puro; obviamente assumindo que o composto é conhecido com antecedência.

Independentemente das técnicas de purificação, o precipitado ainda possui água que deve ser removida. Se essas moléculas de água estiverem na superfície, não serão necessárias altas temperaturas para removê-las; mas se eles estiverem "presos" dentro dos cristais, a temperatura do forno pode ter que ultrapassar 700-1000ºC.

Isso garante que o precipitado esteja seco e os vapores de água sejam removidos; conseqüentemente, sua composição torna-se definida.

Da mesma forma, se o precipitado sofre decomposição térmica, a temperatura na qual ele deve ser calcinado deve ser alta o suficiente para garantir que a reação seja completa; caso contrário, você teria um sólido de composição indefinida.


As seguintes equações resumem os dois pontos anteriores:

A nH2O => A + nH2O (vapor)

A + Q (calor) => B

Os sólidos indefinidos seriam misturas A / A nH2O e A / B, quando idealmente deveriam ser A e B puros, respectivamente.

Industrial

Em um processo de calcinação industrial, a qualidade da calcinação é tão importante quanto na análise gravimétrica; mas a diferença está na montagem, no método e nas quantidades produzidas.

Na analítica busca-se estudar o rendimento de uma reação, ou as propriedades do calcinado; já no setor industrial, é mais importante quanto é produzido e por quanto tempo.

A melhor representação de um processo de calcinação industrial é o tratamento térmico do calcário para que ele sofra a seguinte reação:

Ladrao3 => CaO + CO2

O óxido de cálcio, CaO, é a cal necessária para fazer cimento. Se a primeira reação for complementada por estas duas:

CaO + H2O => Ca (OH)2

Ca (OH)2 + CO2 => CaCO3

O tamanho do cristal CaCO pode ser preparado e controlado3 resultante de massas robustas do mesmo composto. Assim, não apenas CaO é produzido, mas também microcristais de CaCO.3, necessário para filtros e outros processos químicos refinados.

Todos os carbonatos metálicos se decompõem da mesma maneira, mas em temperaturas diferentes; em outras palavras, seus processos de calcinação industrial podem ser muito diferentes.

Tipos de calcinação

Em si, não há como classificar a calcinação, a menos que nos basemos no processo e nas mudanças que o sólido sofre com o aumento da temperatura. Nessa última perspectiva, pode-se dizer que existem dois tipos de calcinação: uma química e outra física.

Química

Calcinação química é aquela em que a amostra, sólido ou precipitado sofre decomposição térmica. Isso foi explicado para o caso do CaCO3. O composto não é o mesmo depois de aplicadas as altas temperaturas.

Fisica

A calcinação física é aquela em que a natureza da amostra não muda no final, uma vez que ela liberou vapor de água ou outros gases.

Um exemplo é a desidratação total de um precipitado sem sofrer uma reação. Além disso, o tamanho dos cristais pode mudar dependendo da temperatura; em temperaturas mais altas, os cristais tendem a ser maiores e a estrutura pode "estufar" ou rachar como resultado.

Este último aspecto da calcinação: o controle do tamanho dos cristais, não foi abordado em detalhes, mas vale a pena mencionar.

Formulários

Finalmente, uma série de aplicações gerais e específicas de calcinação serão listadas:

-Decomposição de carbonatos metálicos em seus respectivos óxidos. O mesmo vale para oxalatos.

-Desidratação de minerais, óxidos gelatinosos ou qualquer outra amostra para análise gravimétrica.

- Submete um sólido a uma transição de fase, que pode ser metaestável à temperatura ambiente; isto é, mesmo que seus novos cristais fossem resfriados, eles demorariam para voltar a ser como eram antes da calcinação.

-Ativa a alumina ou carbono para aumentar o tamanho de seus poros e se comportar bem como sólidos absorventes.

-Modifica as propriedades estruturais, vibracionais ou magnéticas de nanopartículas minerais, como Mn0.5Zn0.5Fé2OU4; isto é, eles sofrem calcinação física, onde o calor influencia o tamanho ou a forma dos cristais.

-O mesmo efeito anterior pode ser observado em sólidos mais simples, como nanopartículas de SnO2, que aumentam de tamanho quando são forçados a aglomerar por altas temperaturas; ou em pigmentos inorgânicos ou corantes orgânicos, onde a temperatura e os grãos influenciam suas cores.

-E dessulfura as amostras de coque do petróleo bruto, bem como de qualquer outro composto volátil.

Referências

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