La calcinación en el sentido moderno, es una operación de calentar intensamente en una cámara cerrada un cuerpo inerte, con el fin de descomponer u obtener reacciones químicas.
Más específicamente, la calcinación es un caso especial de termólisis , que consiste en una carbonatación en el troquel . Etimológicamente, la calcinación es de hecho la transformación de piedra caliza en cal por calentamiento en un horno de cal (reacción de descarbonatación ).
End XVII º siglo, se entiende por la palabra "calcinación" acción de transformar el carbonato de calcio en la cal por calentamiento del material, operación que libera dióxido de carbono , pero también se extiende a cualquier operación en general que consistía en el tratamiento con fuego cualquier sustancia hasta que perdió la materia volátil o descomponible que contenía. Los químicos antiguos creían, de hecho, que los metales calentados en contacto con el aire perdían el flogisto y volvían al estado de la cal, por lo que también dieron a esta operación el nombre de calcinación. Más adelante se reconocerá que se trata de oxidaciones simples. Por lo tanto, se dieron dos objetivos a la calcinación:
El residuo se denominó en ambos casos "cal".
Hoy en día solemos extender el significado de calcinación al calentamiento en presencia de aire, es decir oxígeno, de un cuerpo para someterlo a una acción química: oxidación , reducción, etc. . Sin embargo, cuando las reacciones químicas con el aire se vuelven importantes, el término tostado es más preciso.
Al comienzo de la XVIII ª siglo , el químico alemán Georg Ernst Stahl atribuyó la pérdida de disparar un líquido que sale del cuerpo durante la combustión, el flogisto . Esta teoría no permitió interpretar una pérdida negativa en la ignición y fue barrida por el descubrimiento del oxígeno por Priestley : para explicar el balance de masa en las combustiones, Lavoisier lo sustituyó por la teoría del calórico .
Durante el calentamiento se producen diversas reacciones que modifican la muestra:
Las condiciones de calefacción son fundamentales:
Al calentar un mineral, podemos tener:
La "pérdida de encendido" o "LOI" ( pérdida de encendido en inglés) es, por lo tanto, simplemente la diferencia de masa: pérdida por ignición = masa antes de la calcinación m 0 - masa después de la calcinación m 1 a veces se expresa como un porcentaje : pérdida por ignición (%) = 100 × (m 0 - m 1 ) / m 0 .
Un caso típico es el del análisis de rocas . La pérdida por ignición provoca una transformación de la piedra caliza antes mencionada, pero si no está en atmósfera neutra, esto también provoca la oxidación del óxido de hierro: FeO → Fe 3 O 4 → Fe 2 O 3 .
En este caso, el hierro II debe titularse en la muestra fresca de otra manera, por ejemplo en húmedo, para aplicar una corrección exacta.
La calcinación es una técnica de preparación de muestras utilizada en química analítica que permite tener en cuenta este fenómeno. Consiste en calentar la muestra a alta temperatura (típicamente 500 a 1000 ° C ) en aire o bajo una atmósfera neutra para provocar reacciones físicas y químicas y así llevar la muestra a un estado de referencia.
De hecho, varias propiedades del material dependen de la temperatura y del historial de la muestra, así como de la humedad . La calcinación permite abstraerla de estos efectos y por tanto tener medidas reproducibles, para poder comparar diferentes muestras. Por otro lado, es necesario tener en cuenta que la muestra analizada no es la muestra tomada. El método es similar al análisis de sólidos pero utiliza una temperatura más alta.
El método calcaroni es una técnica italiana para extraer azufre mediante la calcinación de piritas sulfurosas, desplegada especialmente en Sicilia alrededor de 1850.
En la ladera de un cerro se levanta un recinto circular de piedra: en el fondo de este recinto se excava un llamado canal morto con una profundidad de 1,20 a 1,80 my un ancho de 60 cm ; esta zanja se cubre con un refugio en tablones para el trabajador. Calcaroni puede contener hasta 6 litros de azufre. Esta instalación se utilizó generalmente durante unos diez años. Seleccionamos las piedras más grandes e hicimos la capa base, dejando espacios entre las piedras; a medida que se apilaban piedras más pequeñas, el tamaño de los intersticios disminuía naturalmente. Se hicieron dos pequeños listones dirigidos hacia abajo, de unos 60 cm , a cada lado del montón para evacuar el aire caliente. El conjunto se cubrió con una capa de residuos de operaciones anteriores. Se dio una inclinación de aproximadamente 10 ° en la base del pilote. El azufre fundido desciende lentamente al Morto, donde el azufre se congela en lingotes llamados balate. Aproximadamente 2000 m 3 de minerales podrían procesarse mediante este proceso en 20-30 días.
Aunque redujeron considerablemente la cantidad de vapores tóxicos y las pérdidas, los Calcaroni todavía tenían un rendimiento del 50% debido a la cantidad de azufre liberado en los humos, humos además corrosivos.
En 1870, había 4.367 calcarrones en Sicilia.
El histórico proceso de calcinación industrial es el horno de eje vertical. Los hornos rotativos, ampliamente utilizados en las fábricas de cemento para la producción de clínker, también son adecuados. Estos dos tipos de hornos funcionan a más de 900 ° C como reactores a contracorriente donde los gases intercambian su calor por sólidos. Pero su concepción muy diferente se traduce en intereses distintos. En la producción de cal, vemos que:
Para la calcinación de minerales fosfatados , la producción es mayor y puede alcanzar las 6.000 t / d . La calcinación se utiliza para eliminar la materia orgánica o la matriz de carbonato. Hay hornos rotativos, hornos de lecho fluidizado o calcinación flash o flash (según un principio cercano a la fusión flash ). Los hornos rotativos se ven penalizados por la formación de anillos, los de lecho fluidizado son sensibles al apelmazamiento.