Il calcinazione è un processo in cui un campione solido viene sottoposto ad alte temperature in presenza o assenza di ossigeno. In chimica analitica è uno degli ultimi passaggi dell'analisi gravimetrica. Il campione può quindi essere di qualsiasi natura, inorganico o organico; ma soprattutto si tratta di minerali, argille o ossidi gelatinosi.
Quando la calcinazione viene effettuata sotto correnti d'aria, si dice che avvenga in un'atmosfera ossigenata; come il semplice riscaldamento di un solido con prodotto del fuoco della combustione in spazi aperti o in forni a cui non è possibile applicare il vuoto.
Se l'ossigeno viene sostituito dall'azoto o da un gas nobile, si dice che la calcinazione avvenga in un'atmosfera inerte. La differenza tra le atmosfere che interagiscono con il solido riscaldato dipende dalla sua sensibilità all'ossidazione; cioè reagire con l'ossigeno per trasformarsi in un altro composto più ossidato.
Ciò che si cerca con la calcinazione non è fondere il solido, ma modificarlo chimicamente o fisicamente per soddisfare le qualità richieste per le sue applicazioni. L'esempio più noto è la calcinazione del calcare, CaCO3, per convertirlo in calce, CaO, necessaria per il calcestruzzo.
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La relazione tra il trattamento termico del calcare e il termine calcinazione è così stretta che infatti non è raro supporre che questo processo si applichi solo ai composti del calcio; Tuttavia, questo non è vero.
Tutti i solidi, inorganici o organici, possono calcinare fintanto che non si sciolgono. Pertanto, il processo di riscaldamento deve avvenire al di sotto del punto di fusione del campione; A meno che non sia una miscela in cui uno dei suoi componenti si scioglie mentre gli altri rimangono solidi.
Il processo di calcinazione varia a seconda del campione, delle scaglie, dell'obiettivo e della qualità del solido dopo il suo trattamento termico. Questo può essere globalmente suddiviso in due tipi: analitico e industriale.
Quando il processo di calcinazione è analitico, è generalmente uno degli ultimi passaggi essenziali per l'analisi gravimetrica..
Ad esempio, dopo una serie di reazioni chimiche si è ottenuto un precipitato, che durante la sua formazione non si presenta come un solido puro; ovviamente assumendo che il composto sia noto in anticipo.
Indipendentemente dalle tecniche di purificazione, il precipitato ha ancora acqua che deve essere rimossa. Se queste molecole d'acqua sono sulla superficie, non saranno necessarie alte temperature per rimuoverle; ma se sono "intrappolati" all'interno dei cristalli, la temperatura del forno potrebbe dover superare i 700-1000 ° C..
Ciò garantisce che il precipitato sia secco e i vapori d'acqua vengano rimossi; di conseguenza, la sua composizione diventa definita.
Inoltre, se il precipitato subisce decomposizione termica, la temperatura alla quale deve essere calcinato deve essere sufficientemente alta da garantire che la reazione sia completa; altrimenti avresti un solido di composizione indefinita.
Le seguenti equazioni riassumono i due punti precedenti:
A nHDueO => A + nHDueO (vapore)
A + Q (calore) => B
I solidi indefiniti sarebbero miscele A / A nHDueO e A / B, quando idealmente dovrebbero essere rispettivamente A e B puri.
In un processo di calcinazione industriale, la qualità della calcinazione è importante tanto quanto nell'analisi gravimetrica; ma la differenza sta nell'assemblaggio, nel metodo e nelle quantità prodotte.
Nell'analitico si cerca di studiare la resa di una reazione, o le proprietà del calcinato; mentre nel settore industriale è più importante quanto si produce e in quanto tempo.
La migliore rappresentazione di un processo di calcinazione industriale è il trattamento termico del calcare in modo che subisca la seguente reazione:
Ladro3 => CaO + CODue
L'ossido di calcio, CaO, è la calce necessaria per la produzione del cemento. Se la prima reazione è completata da queste due:
CaO + HDueO => Ca (OH)Due
Ca (OH)Due + CODue => CaCO3
La dimensione dei cristalli di CaCO può essere preparata e controllata3 risultante da masse robuste dello stesso composto. Così, non solo si produce CaO, ma si ottengono anche microcristalli di CaCO.3, necessario per filtri e altri processi chimici raffinati.
Tutti i carbonati metallici si decompongono allo stesso modo, ma a temperature differenti; cioè, i loro processi di calcinazione industriale possono essere molto diversi.
Di per sé non c'è modo di classificare la calcinazione, a meno che non ci si basi sul processo e sui cambiamenti che il solido subisce con l'aumento della temperatura. Da quest'ultima prospettiva, si può dire che esistono due tipi di calcinazione: una chimica e l'altra fisica..
La calcinazione chimica è quella in cui il campione, solido o precipitato subisce la decomposizione termica. Ciò è stato spiegato per il caso di CaCO3. Il composto non è lo stesso dopo l'applicazione delle alte temperature.
La calcinazione fisica è quella in cui la natura del campione non cambia alla fine una volta che ha rilasciato vapore acqueo o altri gas.
Un esempio è la totale disidratazione di un precipitato senza subire una reazione. Inoltre, la dimensione dei cristalli può cambiare a seconda della temperatura; a temperature più elevate i cristalli tendono ad essere più grandi e la struttura può "gonfiarsi" o rompersi di conseguenza.
Quest'ultimo aspetto della calcinazione: il controllo della dimensione dei cristalli, non è stato affrontato in dettaglio, ma vale la pena menzionarlo..
Infine, verranno elencate una serie di applicazioni di calcinazione generali e specifiche:
-Decomposizione dei carbonati metallici nei rispettivi ossidi. Lo stesso vale per gli ossalati.
-Disidratazione di minerali, ossidi gelatinosi o altri campioni per analisi gravimetriche.
-Sottopone un solido a una transizione di fase, che potrebbe essere metastabile a temperatura ambiente; cioè, anche se i tuoi nuovi cristalli fossero raffreddati, impiegherebbero del tempo per tornare a come erano prima della calcinazione.
-Attiva l'allumina o il carbonio per aumentare le dimensioni dei suoi pori e si comporta come i solidi assorbenti.
-Modifica le proprietà strutturali, vibrazionali o magnetiche di nanoparticelle minerali come Mn0,5Zn0,5FedeDueO4; cioè, subiscono una calcinazione fisica, dove il calore influenza la dimensione o la forma dei cristalli.
-Lo stesso effetto precedente può essere osservato in solidi più semplici come le nanoparticelle SnO.Due, che aumentano di dimensioni se costrette ad agglomerarsi a causa delle alte temperature; oppure in pigmenti inorganici o coloranti organici, dove la temperatura e le granelle ne influenzano i colori.
-E desolfora i campioni di coke dal petrolio greggio, così come qualsiasi altro composto volatile.
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