Calcination

un traitement thermique d'un composé chimique solide (par exemple, des minerais carbonatés mixtes ) au cours duquel le composé est porté à une température élevée sans fusion avec un apport limité d' oxygène (c'est-à-dire une fraction gazeuse d'O2 _de l'air), généralement dans le but d'éliminer les impuretés ou les substances volatiles et/ou d'induire une décomposition thermique .

L'étymologie du mot calcination fait référence à son utilisation la plus courante : l'élimination du carbone et de l'oxygène du calcaire (carbonate de calcium) par chauffage pour obtenir de l'oxyde de calcium (chaux vive). Cette réaction de calcination ( endothermique ) est la suivante : CaCO₃ ₍ s) → CaO(s) + CO₂ ₍ g).

L'oxyde de calcium est un ingrédient essentiel du ciment moderne et est également utilisé comme fondant chimique en fusion . La calcination industrielle émet généralement du dioxyde de carbone ₍ CO₂ calcaire ) en oxyde de calcium ( chaux ) et en dioxyde de carbone , afin de fabriquer du ciment . Le produit de la calcination est généralement appelé « calcine », indépendamment des minéraux subissant le traitement thermique.

procédés industriels

La calcination est réalisée dans des fours ou réacteurs (parfois appelés fours à calcination ou calcineurs) de conceptions diverses, notamment les fours à cuve, les fours rotatifs , les fours à sole multiple et les réacteurs à lit fluidisé .

Voici quelques exemples de procédés de calcination :

décomposition des minerais carbonatés, comme dans la calcination du calcaire pour éliminer le dioxyde de carbone ;
décomposition des minéraux hydratés, comme dans la calcination de la bauxite et du gypse , l'eau de cristallisation sous forme de vapeur d'eau ;
décomposition des matières volatiles contenues dans le coke de pétrole brut ;
traitement thermique pour effectuer des transformations de phase, comme dans la conversion de l'anatase en rutile ou la dévitrification des matériaux en verre ;
élimination des ions ammonium lors de la synthèse des zéolites ;
défluorination du fluorure d'uranyle pour créer du dioxyde d'uranium et du gaz acide fluorhydrique ;
Le traitement thermique de l'anthracite par four de calcination à chauffage électrique ou par calcination au gaz entraîne le développement d'une structure graphitique.

Réactions

Les réactions de calcination se produisent généralement à une température égale ou supérieure à la température de décomposition thermique (pour les réactions de décomposition et de volatilisation) ou à la température de transition (pour les transitions de phase ). Cette température est généralement définie comme la température à laquelle l' énergie libre de Gibbs standard d'une réaction de calcination donnée est nulle.

calcination du calcaire

oxydation et la formation d'un oxyde métallique . Dans son essai « Réponse formelle à la question de savoir pourquoi l'étain et le plomb augmentent de poids lorsqu'ils sont calcinés » (1630), Jean Rey note qu'« après avoir placé 1,1 kg d'étain anglais fin dans un récipient en fer et l'avoir chauffé vigoureusement dans un four ouvert pendant six heures, en agitant continuellement et sans rien y ajouter, il a récupéré 1 kg d'une chaux blanche ». Il affirme que « cette augmentation de poids provient de l'air qui, dans le récipient, est devenu plus dense, plus lourd et, dans une certaine mesure, plus collant, sous l'effet de la chaleur intense et prolongée du four : cet air se mélange à la chaux (l'agitation fréquente favorisant le mélange) et se fixe à ses particules les plus fines : de la même manière que l'eau rend plus lourd le sable qu'on y jette et qu'on agite, en l'humidifiant et en adhérant à ses plus petits grains ». On suppose donc que le métal a gagné du poids en s'oxydant.

À température ambiante, l'étain est assez résistant à l'action de l'air ou de l'eau, car une fine couche d'oxyde se forme à la surface du métal. À l'air, l'étain commence à s'oxyder à une température supérieure à Antoine Lavoisier a exploré cette expérience avec des résultats similaires quelque temps plus tard.

Alchimie

En alchimie , la calcination était considérée comme l'un des 12 processus vitaux nécessaires à la transformation d'une substance.

Les alchimistes distinguaient deux types de calcination : la calcination réelle et la calcination potentielle . La calcination réelle est celle provoquée par un feu réel, issu de bois, de charbon ou d’un autre combustible porté à une certaine température. La calcination potentielle est celle provoquée par un feu potentiel , comme celui de produits chimiques corrosifs ; par exemple, l’or était calciné dans un four à réverbère avec du mercure et du chlorure de sodium ; l’argent avec du sel commun et un sel alcalin ; le cuivre avec du sel et du soufre ; le fer avec du chlorure de sodium et du vinaigre ; l’étain avec de l’antimoine ; le plomb avec du soufre ; et le mercure avec de l’acide nitrique .

Il y avait aussi la calcination philosophique , qui était censée se produire lorsque des cornes, des sabots, etc., étaient suspendus au-dessus d'eau bouillante ou d'une autre liqueur, jusqu'à ce qu'ils aient perdu leur mucilage et soient facilement réductibles en poudre.

Selon la théorie obsolète du phlogistique , le « calx » était la véritable substance élémentaire qui restait après que le phlogistique en ait été chassé au cours du processus de combustion .

métallurgie extractive