Cal
Existen dos tipos de cal: la cal viva(CaO), la cal apagada(Ca(OH)2) también existe la lechada de cal que no es mas que cal hidratada con un exceso de agua.
La fabricación de cales comprende dos procesos químicos: calcinación e hidratación.
La cal viva es obtenida a partir de la calcinación de la caliza(CaCO3) por la siguiente reacción:
CaCO3→ CaO + CO2
La cal apagada se obtiene a partir de la cal viva haciendo una reacción estequiométrica con agua, esta reacción es exotérmica:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Por lo tanto la fabricación de cales comprende dos procesos químicos: calcinación e hidratación, a las cuales van asociados las operaciones de transporte, trituración y pulverización de la caliza además de la separación por aire y el almacenamiento adecuado de la cal obtenida para evitar los procesos de recarbonatación:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Proceso de calcinado
El proceso de calcinación de la caliza ocurre en hornos del tipo rotatorio y vertical, pero la caliza que se introduce a estos hornos no puede ser cualquier caliza:
- La caliza no puede ser muy porosa o muy húmeda debido a que esto aumenta la demanda de combustible.
- La caliza utilizada no debe tener impurezas del tipo partículas de Si debido a que esta reacciona con el CaO formando silicatos, los cuales se acumulan en el fondo de los hornos, obstruyendo el paso del material
Ejemplos de hornos de calcinado
Los hornos utilizados son de distinto tipo, estos pueden ser:
Rotativos
Usados generalmente para calcinar una caliza con un tamaño pequeño de partícula (6-60)mm
- Equipados generalmente con calentadores previos y refrigerantes
- Están mejor equipados para la obtención de una cal de calidad debido a su instrumentación
- Produce una cantidad máxima de cal por hombre-hora
- Su gran desventaja es su alto consumo de combustible
Mas del 50% de la cal producida en EEUU se produjo en este tipo de hornos
Verticales
Usados generalmente cuando la cal obtenida no requiere de una gran pureza
- Son más simples
- Constan de un alimentador de combustible y una correa calentadora
- Rendimiento de combustible es mayor que el horno rotativo
Actualmente existen hornos más modernos.
Factores que influyen en las propiedades de la cal obtenida
Muchas de las propiedades de la cal dependen de la calidad de la caliza utilizada como también del proceso de calcinado, y de estas propiedades, dependen los usos que se le de a la cal aquí hay un breve resumen de estos factores que influyen en las propiedades de la cal obtenida:
- La dureza de la cal obtenida, depende de las impurezas de la caliza utilizada como también de la temperatura de calcinación, una impura, da una cal dura si se calcina a temperaturas elevadas.
- La porosidad - y como consecuencia la densidad – de las cales también depende de la temperatura de calcinación, a mayor temperatura menor porosidad y por lo tanto una mayor densidad, como consecuencia de esto a mayor temperatura, la cal va perdiendo actividad química, es por esta razón que conviene sintetizar la cal a temperaturas lo mas cercanas a la temperatura de disociación de la caliza.
- Las calizas que contienen entre un 15 – 30 % de materia arcillosa produce cales altamente hidráulicas (cales cementicias)
Usos de la cal y características de la caliza de donde se obtienen estas cales
Respecto a los usos que se le de a la cal obtenida dependen los distintos grados de pureza que requiera la caliza, por ejemplo para la cal usada en la industria se requiere un grado de pureza mucho mayor de la caliza, si lo comparamos con la pureza requerida para usos agrícolas así para cada uso se dan características de la caliza para satisfacer necesidades y aquí se presenta un resumen:
Para usos industriales
Gran parte de la caliza no sirve por problemas de pureza, por esta razón gran parte de la cal se obtiene a partir de conchas de mar las cuales son basadas en CaCO3 puro.
Para usos en construcción
La cal se usa principalmente en enlucidos y estuco principalmente como cal hidráulica la cual contiene gran cantidad de impurezas silíceas por que debido a esto la cal hidráulica fragua bajo el agua y tiene propiedades plásticas, generalmente se usa como sustituto del cemento, la cal hidratada se usa para la fabricación de ladrillos de cal los cuales consisten en la cal hidráulica mas arena los cuales juntos forman silicatos monocálcicos los cuales tienen propiedades aislantes, por esto mismo se agrega a algunas carreteras de arena cal hidráulica para formar silicatos sobre esta y así formar un “ cemento natural” donde obviamente no se requiere cal de gran pureza.
Para usos agrícolas
La cal se usa generalmente para neutralizar los ácidos presentes en el suelo aunque se usa mas la caliza directamente para estos fines en donde se requiere poca pureza
Para usos metalúrgicos
La cal viva tiene un gran uso como fundente en la manufactura del acero donde se requiere una cal de una gran pureza, además la cal se usa en el trefilado de alambres como lubricante, también se usa en la fabricación de lingotes en moldes de hierro para evitar la adherencia de estos lingotes, otro uso de la cal es para neutralizar los ácidos con los que se limpian los productos del acero, en este sentido se prefiere la cal para neutralizar que la caliza debido a que la caliza produce CO2 al contacto con ácidos lo cual es un problema debido a que puede generar asfixias en los que lo manipulan. La lechada de cal se usa como aislante temporal a la corrosión, en el recocido del acero, se usa además en casi todos los procesos para la extracción de Mg, también para recuperar la sílice de la bauxita, se emplea en la flotación de minerales no férreos donde actúa como depresor y mantiene la alcalinidad correcta, para todos estos usos metalúrgicos se requiere una cal de una pureza superior a las anteriores y como consecuencia una caliza de una pureza mayor de donde sintetizar esta cal.
Para usos varios
Se usa la lechada de cal para neutralizar los gases nocivos producidos en la refinación de metales, gases como H2S, SO2. Se usa la cal hidratada para la fabricación de NaOH por la siguiente reacción: Ca(OH)2 + Na2CO3 → 2NaOH + CaCO3. También se usa en la fabricación de carburo de calcio cuando reacciona esta con coque. La cal se usa también en el tratamiento de residuos de la industria del papel. Y en el tratamiento de las aguas potables para mejorar su calidad y también para ablandar agua, junto con sales de hierro se usa para coagular sólidos suspendidos en el agua y también para neutralizar el “agua ácida” que produce la corrosión de las cañerías.
Ejemplo de algunos usos de la cal
Produccion de acetileno
CaO + 2C(coque) → CaC2(carburo)
CaC2 + H2O → CHCH(acetileno) + Ca(OH)2
Ablandamiento de aguas
CaO + H2O → Ca+2 +2OH-
OH- + HCO3- →CO3-2 + H2O
CO3-2 + Ca2+ → CaCO3¯
Yeso
el yeso, CaSO4·2H2O, es un mineral común el cual se encuentra en la naturaleza por la precipitación del sulfato de calcio en agua de mar, como también esta generalmente asociado a la caliza debido a la acción del ácido sulfúrico proveniente de zonas volcánicas sobre la caliza por la siguiente reacción:
CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + CO2 + H2O
También su obtención es de forma artificial como subproducto de la formación de H3PO4 a partir del Ca3(PO4)2 por la siguiente reacción:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + 3CaSO4
Usos del yeso
Los usos del yeso todos se caracterizan por no exigir de una gran pureza de este debido a que se usa el yeso generalmente como material de construcción o moldeos varios, aquí se resumen alguno usos del yeso:
- Manejando cuidadosamente las concentraciones de ácido sulfúrico agregados a las rocas fosfatadas, se logra una mezcla de yeso, sulfato monocálcico y dicálcico, esta mezcla es utilizada como fertilizante conocido como superfosfato.
- El yeso comprimido en bloques puede usarse en edificios para la construcción de paredes que no soporten pesos excesivos
- Calentando el yeso a 128ºC se obtiene el CaSO4·1H2O conocido como yeso de parís, cuando este material se mezcla con agua, se solidifican en poco tiempo en un bloque duro, fácilmente desgastable, los cristales rehidratádos se ordenan de tal manera que produce una expansión del volumen, es por esta razón que se usa para hacer moldes de estatuillas, cerámicas, placas dentales, moldes para tablillas quirúrgicas y piezas metálicas delicadas para instrumentos de precisión.