آشنایی با چرخه آهک
آهک در انواع مختلف آن برای هزاران سال است که توسط انسان مورد استفاده قرار می گیرد. انواع آهک به لحاظ کاربرد ، فرمول شیمیایی و ویژگی های ظاهری با هم تفاوت دارند. این ترکیبات هم از طریق صنعتی قابل تبدیل به یکدیگر هستند و هم به روش طبیعی می توانند به نوع دیگری تبدیل شوند. تبدیل شدن انواع مختلف اهک به هم را چرخه آهک می نامند. این چرخه دائمی ، مبنای کاربرد های فراوان آهک است که به صورت روزمره در زندگی بشر به کار می رود.
در مجموع دو نوع آهک در طبیعت وجود دارد که از نوع سنگ آهک (آهک کلسیمی) و دولومیت (کربنات کلسیم منیزیم) می باشد. این تفاوت در فرمولاسیون ، تغییری در چرخه آهک ایجاد نمی کند بلکه در کیفیت آنها تفاوت خواهد داشت.
مراحل انجام چرخه آهک به صورت خلاصه :
– زمانی که سنگ آهک یا گچ در کوره آهکپزی پخته می شود از طریق آزاد سازی گاز دی اکسید کربن به آهک زنده (اکسید کلسیم) تبدیل می شود.
– افزودن آب به آهک زنده باعث شکفتن آن و تولید آهک هیدراته یا هیدروکسید کلسیم خواهد شد.
– با گذشت مدت زمانی مشخص ، آهک هیدراته که معمولا به صورت ملات مصرف می شود ، با جذب گاز دی اکسید کربن هوا ، با ایجاد فرایند کربناسیون دوباره به حالت کربنات کلسیم (سنگ آهک) بر می گردد.
شیمی چرخه آهک با جزئیات
مرحله اول : تبدیل سنگ آهک به آهک زنده
فرمول شیمیایی سنگ آهک : کربنات کلسیم CaCO3
وزن مولکولی : ۱۰۰٫۰۹ گرم بر مول
دمای لازم برای تبدیل به آهک زنده : حداقل ۹۰۰ درجه سانتی گراد
سنگ آهک یا سنگ کربنات کلسیم بسته به نوع ترکیبات موجود در آن نیاز به نهصد تا هزار و دویست درجه سانتی گراد حرارت دارد تا به مرحله تجزیه و حذف گاز دی اکسید کربن برسد. کوره های مختلف سنتی و صنعتی برای انواع گوناگون کربنات کلسیم و گچ به کار می رود. فرایند کلسینه شدن یا پخت سنگ آهک به شرح زیر است:
CaCO3 + heat → CaO + CO2
مرحله دوم : تبدیل آهک زنده به آهک هیدراته
آهک پخته شده یا زنده در نتیجه تجزیه حرارتی کربنات کلسیم در دمای حدودا هزار درجه سانتی گراد به دست می آید. این ماده خالص ترین فرم آهک بوده اما بسیار ناپایدار است و تمایل زیادی به جذب آب دارد. با جذب آب ، دچار نوعی تغییر شیمیایی خواهد شد که اصطلاحا شکفته شدن نامیده می شود.
فرمول شیمیایی آهک زنده : اکسید کلسیم CaO
وزن مولکولی : ۵۶٫۰۸ گرم بر مول
در دمای ۲۶۱۴ درجه سانتی گراد ذوب شده و در دمان ۲۸۵۰ درجه سانتی گراد به جوش می آید
آهک زنده یک ترکیب شیمیایی است که بسیار قلیایی و ناپایدار بوده و کاربرد های خاصی در صنایع تولید سیمان ، ضدعفونی و تولید محصولات شیمیایی دارد. تنها ماده لازم برای تجزیه شیمیایی آن ، آب است. فرایند شکفته شدن اکسید کلسیم به شرح زیر می باشد:
CaO + H2O → Ca(OH)2
مرحله سوم : تبدیل آهک هیدراته به سنگ آهک
آهک هیدراته یا آهک شکفته یک پودر سفید رنگ و پایدار است که در آب حل نمی شود. این محصول شیمیایی به صورت بسیار گسترده ای در بخش های صنعتی ، ساخت و ساز و کشاورزی بکار می رود و ماده مهمی در زندگی بشر محسوب می شود. این ترکیب باید در کارخانه تولیدی به خوبی شکفته شود و به هیچ وجه آهک آب نخورده در آن وجود نداشته باشد زیرا در زمان مصرف مشکلاتی ایجاد می نماید.
فرمول شیمیایی آهک هیدراته : هیدروکسید کلسیم Ca(OH)2
وزن مولکولی : ۷۴٫۰۹ گرم بر مول
تجزیه در دمای ۵۸۰ درجه سانتی گراد و تبدیل به اکسید کلسیم
روش تولید آهک هیدراته از طریق آبرسانی به آهک پخته شده است. این فرایند را می توان به طرق مختلفی انجام داد. امروزه بهترین روش هیدراته کردن ، استفاده از بخار آب جوش در محیط بسته است تا ناخالصی های مختلف جذب آهک نشود. فرایند تبدیل شدن آهک هیدراته به سنگ آهک به شرح زیر است:
CaO + H2O → Ca(OH)2 + heat
این فرایند که بازیابی کربن یا Recarbonation نام دارد در مقابل فرایند کلسینه شدن یا پخت Calcining / Burning قرار می گیرد. هم آهک زنده و هم آهک هیدراته به مرور زمان گاز کربنیک هوا را جذب می کنند و به ماده اولیه ای که از آن تولید شده اند یعنی گچ و کربنات کلسیم باز می گردند.
