{"id":30,"date":"2021-10-11T15:52:16","date_gmt":"2021-10-11T15:52:16","guid":{"rendered":"https:\/\/sic-lime.com\/?page_id=30"},"modified":"2023-10-26T14:07:13","modified_gmt":"2023-10-26T12:07:13","slug":"il-processo-chimico-fisico","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/sic-lime.com\/it\/la-calce\/il-processo-chimico-fisico\/","title":{"rendered":"Il processo chimico fisico"},"content":{"rendered":"

calce<\/strong><\/h1>\n

\n <\/a>\n<\/p>\n

il p<\/span>rocesso c<\/span>himico f<\/span>isico<\/h2>\n

\"\"<\/p>\n

\n

Quello che generalmente viene definito il \u201c<\/span>processo di produzione della calce<\/strong>\u201d, in realt\u00e0 si occupa della cottura e della lavorazione di sottoprodotti ottenuti da differenti tipologie di minerali disponibili in natura.<\/span><\/p>\n

La schematizzazione chimica di seguito riportata per motivi di chiarezza esplicativa, in natura non trova una suddivisione cos\u00ec netta nei minerali che sono utilizzati industrialmente, i quali rappresentano una miscela pi\u00f9 o meno complessa delle tipologie citate.<\/span><\/p>\n<\/div>\n\n\n\n\n\n\n
Carbonato di calcio<\/td>\n\n

CaCO3<\/sub><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

Carbonato di magnesio<\/td>\n\n

MgCO3<\/sub><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

Dolomite<\/td>\n\n

CaCO3<\/sub><\/span> MgCO3<\/sub><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

Calcare idraulico<\/td>\n\n

CaCO3<\/sub><\/span> MgCO3<\/sub><\/span>SiO2 <\/sub><\/span>Fe2O3 <\/sub><\/span>Al2<\/sub><\/span>O3<\/sub><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

\n

Questo mix di possibili composizioni chimiche del minerale di partenza, comporta evidentemente una maggior complessit\u00e0 del comportamento del materiale \u201creale\u201d sia durante la sua lavorazione che in termini di caratteristiche chimiche e fisiche dei prodotti finiti dei processi produttivi.<\/p>\n<\/div>\n

CHIMICA BASE DEL PROCESSO DI PRODUZIONE DELLA CALCE<\/h2>\n
\n

Il processo produttivo della calce e dei suoi derivati pu\u00f2 essere riassunto fondamentalmente dai seguenti tre gruppi di reazioni chimiche:<\/p>\n<\/div>\n

Decarbonatazione del calcare e della dolomia<\/h4>\n
\n\n\n\n <\/tr>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
CaCO3<\/sub><\/td>\n+<\/td>\nKcal<\/td>\n\u2194<\/td>\nCaO<\/td>\n+<\/td>\nCO2<\/sub><\/td>\n(+ 760 kcal\/kg)<\/td>\n<\/tr>\n
100<\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n56<\/td>\n <\/td>\n44<\/td>\n <\/td>\n<\/tr>\n
 <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n<\/tr>\n
MgCO3<\/sub><\/td>\n+<\/td>\nKcal<\/td>\n\u2194<\/td>\nMgO<\/span><\/td>\n+<\/td>\nCO2<\/sub> \u2191<\/td>\n(+ 723 kcal\/kg)<\/td>\n<\/tr>\n
84<\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n40<\/td>\n <\/td>\n44<\/td>\n <\/td>\n<\/tr>\n
 <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n<\/tr>\n
CaCO3<\/sub> MgCO3<\/sub><\/td>\n+<\/td>\nKcal<\/td>\n\u2194<\/td>\nCaO MgO<\/td>\n+<\/td>\n2CO2<\/sub> \u2191<\/td>\n(+ 723 kcal\/kg)<\/td>\n<\/tr>\n
184<\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n96<\/td>\n <\/td>\n88<\/td>\n <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

Idratazione degli ossidi di calcio e magnesio<\/h4>\n
\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
CaO<\/td>\n+<\/td>\nH2<\/sub>O<\/td>\n\u2194<\/td>\nCa(OH)2<\/sub><\/td>\n+<\/td>\nKcal<\/td>\n(- 273 kcal\/kg)<\/td>\n<\/tr>\n
56.1<\/td>\n\u00a0<\/td>\n18<\/td>\n\u00a0<\/td>\n74.1<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
CaO MgO<\/td>\n+<\/td>\nH2<\/sub>O<\/td>\n\u2194<\/td>\nCa(OH)2<\/sub> MgO<\/td>\n+<\/td>\nKcal<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
96.4<\/td>\n\u00a0<\/td>\n18<\/td>\n\u00a0<\/td>\n114.4<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
CaO MgO<\/td>\n+<\/td>\n2H2<\/sub>O<\/td>\n\u2194<\/td>\nCa(OH)2<\/sub> Mg(OH)2<\/sub><\/td>\n+<\/td>\nKcal<\/td>\n(- 211 kcal\/kg)<\/td>\n<\/tr>\n
96.4<\/td>\n\u00a0<\/td>\n36<\/td>\n\u00a0<\/td>\n132.4<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

Ricarbonatazione degli ossidi di calcio e magnesio<\/h4>\n
\n\n\n\n\n\n\n\n
CaO<\/td>\n+<\/td>\nH2<\/sub>O<\/td>\n\u2194<\/td>\nCa(OH)2<\/sub><\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
56.1<\/td>\n\u00a0<\/td>\n18<\/td>\n\u00a0<\/td>\n74.1<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n\u00a0<\/td>\n<\/tr>\n
Ca(OH)2<\/sub><\/td>\n+<\/td>\nCO2<\/sub><\/td>\n\u2194<\/td>\nCaCO3<\/sub><\/td>\n+<\/td>\nH2<\/sub>O<\/td>\n<\/tr>\n
74<\/td>\n\u00a0<\/td>\n44<\/td>\n\u00a0<\/td>\n100<\/td>\n\u00a0<\/td>\n18<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

LA D<\/span>ECARBONATAZIONE<\/h2>\n
\n

Il primo gruppo di reazioni riportate, riassume il processo di decarbonatazione delle tre tipologie principali di carbonati esistenti in natura.
Esse rappresentano la reazione che, industrialmente, avviene nel forno di cottura del calcare quando, partendo dal minerale proveniente dalla cava e fornendo una quantit\u00e0 prefissata di calore si ottiene la dissociazione del carbonato\u00a0(CaCO3<\/sub><\/span>) in un ossido (CaO) ed in anidride carbonica (CO2<\/sub><\/span>).
La reazione \u00e8 endotermica e necessita pertanto per svilupparsi di un apporto calorico ottenuto tramite l\u2019utilizzo di un combustibile.
Sono necessarie 760 kcal\/kg per decarbonatare il CaCO3 <\/sub><\/span>e 723 kcal\/kg per il MgCO3<\/sub><\/span>. <\/p>\n<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

\n

N.B.<\/i><\/b> qui di seguito, salvo nota particolare, ci riferiremo al caso del carbonato di calcio e\/o all\u2019ossido di calce per semplicit\u00e0 espositiva, ma nel caso delle altre tipologie di componenti citati i meccanismi secondo cui avvengono le reazioni sono abbastanza simili.<\/i><\/p>\n<\/div>\n

\n

La dissociazione del calcare<\/b> avviene secondo cinque fasi successive:<\/p>\n

    \n
  • Nella zona di preriscaldo del forno il calore generato dal combustibile \u00e8 trasferito dai gas di combustione al di minerale da decarbonatare che passa dalla temperatura ambiente fino a 800\u00b0 C.<\/li>\n
  • Alla temperatura di 800\u00b0 C, la pressione dell\u2019 anidride carbonica prodotta dalla dissociazione \u00e8 uguale alla pressione parziale della CO2 nei gas che attraversano il forno. Nel momento in cui la temperatura inizia ad innalzarsi oltre il valore di decarbonatazione, lo strato superficiale del calcare inizia la sua decarbonatazione. Quando la temperatura superficiale ha raggiunto circa 900\u00b0 C uno strato di 0,5 mm si \u00e8 decarbonatato (5% della massa totale).<\/li>\n
  • Alla temperatura di 900\u00b0 C, la pressione parziale della CO2 \u00e8 maggiore di 1 atmosfera ed il processo di decarbonatazione pu\u00f2 procedere dalla superficie verso il centro del pezzo di calcare.<\/li>\n
  • Per tutto il processo di decarbonatazione la temperatura del minerale resta pressoch\u00e9 costante e se per motivi legati al processo industriale la temperatura si innalza oltre il punto di decarbonatazione o la composizione chimica del calcare impiegato riduce la temperatura di decarbonatazione, la struttura cristallina della calce prodotta inizia a collassare (sinterizzazione).<\/li>\n
  • Terminata la decarbonatazione la calce viene raffreddata con l\u2019aria in ingresso nel forno che salendo all\u2019 interno del tino preriscaldata diventer\u00e0 l\u2019aria di combustione.<\/li>\n<\/ul>\n

    I principali fattori che influiscono sulla velocit\u00e0 di decarbonatazione<\/b> sono:<\/p>\n

      \n
    • <\/span>dimensione del calcare e sua forma<\/b> (dimensione minima):
      questo fattore incide sul tempo di migrazione della CO<\/span>2<\/sub><\/span> dal centro della massa in decarbonatazione alla superficie<\/span><\/li>\n
    • <\/span>distribuzione granulometrica del calcare impiegato<\/b>:
      una differente distribuzione granulometrica del calcare implica una differente superficie di scambio tra calcare e gas caldi e pertanto una differente velocit\u00e0 di trasferimento del calore.<\/span><\/li>\n
    • <\/span>composizione chimica del calcare<\/b>:
      la presenza d\u2019impurit\u00e0 o di carbonato di magnesio comportano una variazione nella temperatura teorica a cui ha inizio la decarbonatazione.<\/span><\/li>\n
    • <\/span>velocit\u00e0 dei gas all\u2019interno del forno e loro temperatura<\/b>:
      la velocit\u00e0 del fluido riscaldante ed il gradiente di temperatura sono dei fattori che incidono con la velocit\u00e0 di trasferimento dell\u2019energia dai gas al minerale.<\/span><\/li>\n
    • <\/span>pressione dei gas all\u2019interno del forno<\/b>:
      pressioni pi\u00f9 elevate richiedono maggiore pressione da parte della CO<\/span>2<\/sub><\/span> per poter migrare all\u2019interno del calcare.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<\/div>\n

      \"\"<\/p>\n

      L’I<\/span>DRATAZIONE<\/h2>\n
      \n

      Con il termine idratazione o spegnimento della calce si intende il processo con cui l\u2019ossido di calce (CaO) si trasforma in idrossido di calce (Ca(OH)2<\/sub><\/span>). <\/p>\n

      Dal punto di vista chimico si tratta di una sola tipologia di reazione ma dal punto di vista industriale si possono avere due differenti tipologie di processo<\/b>.<\/p>\n<\/div>\n

      \n

      Uno \u00e8 il processo d\u2019idratazione vero e proprio, in cui l\u2019ossido viene fatto reagire con la quantit\u00e0 stechiometrica di acqua (32% H2<\/sub><\/span>O) ottenendo un idrossido sotto forma di una polvere contenente al massimo 1,5% di acqua libera. <\/p>\n

      L\u2019altro \u00e8 il processo di slaking<\/i> dove l\u2019ossido di calce \u00e8 fatto reagire con una quantit\u00e0 di acqua molto superiore al contenuto stechiometrico ottenendo un idrossido di calce in sospensione con valori di concentrazione molto variabili in funzione dell\u2019utilizzo richiesto. <\/p>\n

      La chimica della reazione d\u2019idratazione \u00e8 molto elementare ma la cinetica della reazione, legata alla cristallizzazione e l\u2019agglomerazione \u00e8 molto pi\u00f9 complessa e dipende oltre che dalle caratteristiche fisiche e chimiche dell\u2019ossido da spegnere anche dalle modalit\u00e0 con cui questa semplice reazione \u00e8 realizzata per tale motivo si sono sviluppate le due differenti metodologie di spegnimento riportate. <\/p>\n

      A temperature inferiori a 350 \u00b0C l\u2019ossido reagisce completamente con l\u2019acqua dando origine ad una reazione esotermica con lo sviluppo di 276 kcal\/kg. CaO, a temperature pi\u00f9 elevate la reazione avviene in senso contrario dando origine alla separazione dell\u2019acqua di reazione. <\/p>\n

      L\u2019ossido di magnesio e poco reattivo con l\u2019acqua ed in condizioni normali solo il 25% di esso reagisce. <\/p>\n

      Per ottenere l\u2019idratazione completa dell\u2019MgO \u00e8 necessario che la reazione avvenga ad una temperatura superiore ai 100\u00b0 C utilizzando equipaggiamenti in pressione.<\/p>\n

      I principali fattori che influiscono sull\u2019idratazione sono:<\/p>\n

        \n
      • la reattivit\u00e0 dell\u2019ossido utilizzato (T60)<\/span><\/li>\n
      • la densit\u00e0 apparente dell\u2019ossido di calce<\/span><\/li>\n
      • la distribuzione granulometrica ed il top cut dell\u2019ossido<\/span><\/li>\n
      • la percentuale di carbonato (L.O.I.)<\/li>\n
      • la percentuale di zolfo<\/li>\n
      • la percentuale di ossido di magnesio<\/span><\/li>\n
      • la temperatura a cui avviene il processo d\u2019idratazione<\/span><\/li>\n
      • l\u2019efficacia del sistema di miscelazione tra ossido ed acqua<\/span><\/li>\n
      • additivi utilizzati nell\u2019acqua di reazione<\/span><\/li>\n<\/ul>\n

        In ambito industriale la reazione d\u2019idratazione \u00e8 realizzata utilizzando idratatori, nel caso si voglia produrre l\u2019idrossido pulverulento su base secca (acqua stechiometrica) e spegnicalci a tamburo rotante se si vuole produrre idrossido di calce in forma di slurry<\/i> (eccesso d\u2019 acqua). <\/p>\n

        Entrambi i sistemi dal punto di vista schematico sono dei mixer nei quali grazie ad agitazione meccanica si ottiene un intimo contatto tra l\u2019ossido di calce e l\u2019acqua di reazione.<\/p>\n<\/div>\n

        LA R<\/span>ICARBONATAZIONE
        \n<\/h2>\n
        \n

        La reazione di ricarbonatazione <\/i>rappresenta l\u2019ultima reazione del ciclo della vita della calce, essa controlla il processo che trasforma la calce nuovamente in carbonato riassorbendo la CO2 <\/sub><\/span>dall\u2019ambiente e riconferendo alla calce le caratteristiche chimiche e fisiche che aveva il calcare di partenza.<\/p>\n

        \u00c8 questa la reazione fondamentale che consente alla calce, una volta applicata su un muro di fare presa indurendosi.<\/p>\n<\/div>\n

        \"\"<\/p>\n

        \n

        L\u2019uomo ha imparato a controllare tale reazione a suo uso per la produzione del PCC<\/b> (Carbonato di Calcio Precipitato), processo nel quale controllando i parametri che influenzano la ricarbonatazione \u00e8 possibile modificare la granulometria e la morfologia del carbonato di calcio prodotto.<\/p>\n

        Alle condizioni ambientali la ricarbonatazione della calce \u00e8 molto modesta, ma a partire dai 290 \u00b0C fino ai 600 \u00b0C la velocit\u00e0 di ricarbonatazione aumenta rapidamente aumentando in modo esponenziale l\u2019affinit\u00e0 della CaO con la CO2.<\/p>\n<\/div>\n

        \"\"<\/p>\n

        \n

        La velocit\u00e0 di questa reazione \u00e8 inoltre aumentata in modo significativo sia dalla superficie specifica dell\u2019ossido che dalla rapidit\u00e0 con cui l\u2019ossido viene miscelato con l\u2019anidride carbonica. Si nota come l\u2019ossido di magnesio ha tempi di ricarbonatazione sensibilmente pi\u00f9 lunghi rispetto all\u2019ossido di calcio. <\/p>\n

        La presenza di acqua sia sottoforma di umidit\u00e0 che di vapore, consente di attivare una rapida ricarbonatazione anche a temperatura e pressione ambiente poich\u00e8 l\u2019acqua si comporta nella reazione come catalizzatore della reazione.<\/p>\n<\/div>\n


        \n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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