La calcination est un procédé dans lequel un échantillon solide est soumis à des températures élevées en présence ou en l'absence d'oxygène. En chimie analytique, c'est l'une des dernières étapes de l'analyse gravimétrique. L'échantillon peut donc être de toute nature, minérale ou organique; mais surtout, il s'agit de minéraux, d'argiles ou d'oxydes gélatineux.
Lorsque la calcination est effectuée sous des courants d'air, on dit qu'elle se produit dans une atmosphère oxygénée; comme simplement chauffer un solide avec un produit de combustion du feu dans des espaces ouverts ou dans des fours auxquels le vide ne peut pas être appliqué.
Si l'oxygène est remplacé par de l'azote ou un gaz rare, on dit que la calcination se produit sous une atmosphère inerte. La différence entre les atmosphères qui interagissent avec le solide chauffé dépend de sa sensibilité à l'oxydation; c'est-à-dire réagir avec l'oxygène pour se transformer en un autre composé plus oxydé.
Ce qui est recherché avec la calcination n'est pas de fondre le solide, mais de le modifier chimiquement ou physiquement pour répondre aux qualités requises pour ses applications. L'exemple le plus connu est la calcination du calcaire, CaCO3, pour le transformer en chaux, CaO, nécessaire au béton.
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La relation entre le traitement thermique du calcaire et le terme calcination est si proche qu'en fait il n'est pas rare de supposer que ce procédé ne s'applique qu'aux composés du calcium; Cependant, ce n'est pas vrai.
Tous les solides, inorganiques ou organiques, peuvent se calciner tant qu'ils ne fondent pas. Par conséquent, le processus de chauffage doit avoir lieu en dessous du point de fusion de l'échantillon; Sauf s'il s'agit d'un mélange où l'un de ses composants fond tandis que les autres restent solides.
Le processus de calcination varie en fonction de l'échantillon, des écailles, de l'objectif et de la qualité du solide après son traitement thermique. Cela peut être globalement divisé en deux types: analytique et industriel.
Lorsque le processus de calcination est analytique, c'est généralement l'une des dernières étapes essentielles de l'analyse gravimétrique..
Par exemple, après une série de réactions chimiques, on a obtenu un précipité qui, lors de sa formation, ne ressemble pas à un solide pur; en supposant évidemment que le composé est connu à l'avance.
Indépendamment des techniques de purification, le précipité contient encore de l'eau qui doit être éliminée. Si ces molécules d'eau sont à la surface, des températures élevées ne seront pas nécessaires pour les éliminer; mais s'ils sont "piégés" à l'intérieur des cristaux, alors la température du four peut devoir dépasser 700-1000 ° C..
Cela garantit que le précipité est sec et que les vapeurs d'eau sont éliminées; par conséquent, sa composition devient définie.
De plus, si le précipité subit une décomposition thermique, la température à laquelle il doit être calciné doit être suffisamment élevée pour garantir que la réaction est complète; sinon, vous auriez un solide de composition indéfinie.
Les équations suivantes résument les deux points précédents:
Un nHdeuxO => A + nHdeuxO (vapeur)
A + Q (chaleur) => B
Les solides non définis seraient des mélanges A / A nHdeuxO et A / B, alors qu'ils devraient idéalement être purs A et B, respectivement.
Dans un procédé de calcination industrielle, la qualité de la calcination est tout aussi importante que dans l'analyse gravimétrique; mais la différence réside dans l'assemblage, la méthode et les quantités produites.
Dans l'analyse on cherche à étudier le rendement d'une réaction, ou les propriétés du calciné; tandis que dans le secteur industriel, il est plus important de savoir quelle quantité est produite et pendant combien de temps.
La meilleure représentation d'un procédé de calcination industrielle est le traitement thermique du calcaire pour qu'il subisse la réaction suivante:
Voleur3 => CaO + COdeux
L'oxyde de calcium, CaO, est la chaux nécessaire à la fabrication du ciment. Si la première réaction est complétée par ces deux:
CaO + HdeuxO => Ca (OH)deux
Ca (OH)deux + COdeux => CaCO3
La taille des cristaux de CaCO peut être préparée et contrôlée3 résultant de masses robustes du même composé. Ainsi, non seulement du CaO est produit, mais également des microcristaux de CaCO sont obtenus.3, requis pour les filtres et autres procédés chimiques raffinés.
Tous les carbonates métalliques se décomposent de la même manière, mais à des températures différentes; c'est-à-dire que leurs processus de calcination industrielle peuvent être très différents.
En soi, il n'y a aucun moyen de classer la calcination, sauf si nous nous basons sur le processus et les changements que le solide subit avec l'augmentation de la température. Dans cette dernière perspective, on peut dire qu'il existe deux types de calcination: l'une chimique et l'autre physique..
La calcination chimique est celle où l'échantillon, le solide ou le précipité subit une décomposition thermique. Cela a été expliqué pour le cas de CaCO3. Le composé n'est pas le même après l'application des températures élevées.
La calcination physique est celle où la nature de l'échantillon ne change pas à la fin une fois qu'il a libéré de la vapeur d'eau ou d'autres gaz.
Un exemple est la déshydratation totale d'un précipité sans subir de réaction. En outre, la taille des cristaux peut changer en fonction de la température; à des températures plus élevées, les cristaux ont tendance à être plus gros et la structure peut «gonfler» ou se fissurer en conséquence.
Ce dernier aspect de la calcination: le contrôle de la taille des cristaux, n'a pas été abordé en détail, mais il vaut la peine d'être mentionné..
Enfin, une série d'applications de calcination générales et spécifiques sera répertoriée:
-Décomposition des carbonates métalliques en leurs oxydes respectifs. Il en va de même pour les oxalates.
-Déshydratation des minéraux, des oxydes gélatineux ou de tout autre échantillon pour analyse gravimétrique.
-Il soumet un solide à une transition de phase, qui pourrait être métastable à température ambiante; c'est-à-dire que même si vos nouveaux cristaux étaient refroidis, il leur faudrait du temps pour revenir à leur état avant la calcination.
-Active l'alumine ou le carbone pour augmenter la taille de ses pores et se comporter ainsi que les solides absorbants.
-Modifie les propriétés structurelles, vibrationnelles ou magnétiques des nanoparticules minérales telles que Mn0,5Zn0,5FoideuxOU ALORS4; c'est-à-dire qu'ils subissent une calcination physique, où la chaleur influence la taille ou la forme des cristaux.
-Le même effet précédent peut être observé dans des solides plus simples tels que les nanoparticules de SnO.deux, qui augmentent de taille lorsqu'ils sont forcés de s'agglomérer par des températures élevées; ou dans des pigments inorganiques ou des colorants organiques, où la température et les grains influencent leurs couleurs.
-Et désulfure les échantillons de coke du pétrole brut, ainsi que de tout autre composé volatil.
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