ÓXIDO DE CÁLCIO
Cal e Calcário
Definição:-
O termo cal designa uma grande variedade de produtos obtidos pela calcinação do calcário.
Matérias primas
O CaCO3 e MgCO3 são obtidos de depósitos de calcário, de greda, de cascas de ostras, de mármore, etc.
A qualidade de uma Cal depende das propriedades químicas do calcário usado e do processo de calcinação.
Classificação Comercial :-
Cal virgem CaO ( cal viva, cal sem apagar ).
Cal hidratada Ca(OH)2 ( cal apagada, cal extinta )
Composição Química e usos :-
Cal de calcário puro ou Cálcica, com extinção violenta, origina-se de calcários puros, com teores entre 90 e 98% de CaO e entre 0,3 e 3% de MgO.
Cal dolomítica ou Magnesiana, com extinção lenta, obtidas a partir da calcinação de calcários dolomíticos, com teores de CaO entre 57 e 64% e entre 36 a 43% de MgO.
Cal Silicosa, contendo pequenas percentagens de sílica, como quartzo ou outros silicatos.
Cal argilosa, cal que contém aditivos argilosos.
Cal metalúrgica, adicionada á escoria, usada em fornos siderúrgicos.( alto-fornos )
Cal pozolânica, cal adicionada de cinzas ( uso na antiga Roma, cinzas do Vesuvio )
Rendimento em pasta :- ( R )
Cal gorda R maior que 1,82.
Cal magra R menor que 1,82
Rendimento em pasta ( R ) = Ca(OH)2 em volume ( m/3 ) por ton. de CaO (de modo geral a cal magnesiana é magra ).
Mineração
No desmonte do calcário da face da pedreira ( lavra ) em S. Paulo e Paraná usa-se o método clássico de mineração, a céu aberto em bancadas.
A preparação da lavra dependerá da capacidade da jazida e principalmente da escala de produção desejada.
Fases da extração do calcário
Remoção do estéril.
Remoção e armazenamento de sedimentos argilosos.
Perfuração e detonação.
Carregamento e transporte até britagem primária.
Os equipamentos: perfuratrizes, pás carregadeiras, tratores, caminhões, e cálculo das bancadas, dependerão da produção e da capacidade da jazida.
Índice de Hidraulicidade ( Ih ), qualifica o comportamento de endurecimento da cal.
Ih = %SiO2 + %Al2O3 + %Fe2O3 / %MgO +%CaO
Cal aérea (gorda ou magra) Ih = menor que 0,1 tempo endur: maior que 30 dias
fracamente hidráulica entre 0,10 e 0,15 de 15 a 30 dias
medianamente hidráulica entre 0,15 e 0,30 de 10 a 15dias
hidráulica entre 0,30 e 0,40 de 5 a 10 dias
fortemente hidráulica entre 0,40 e 0,50 de 2 a 5 dias
Usos da Cal e do Calcário
A Cal e o Calcário são materiais utilizados em grande número de indústrias, na agricultura, nas construções civis e nas indústrias químicas.
A calagem do solo, estimula a produção, diminui a acidez, e fornece nutrientes às plantas.
O calcário, é usado como agregado no concreto, como carga e como rocha de construção.
A cal é usada como aglomerante em construção civil, no concreto e como estabilizador de solos.
A dolomita tem sua aplicação principal como fonte de magnésio e material para produção de refratários.
As aplicações químicas principais são :-
Fundente em processo metalúrgicos. Carga de produtos. Fabricação de polpa para papel. Neutralização de ácidos. Fabricação do cimento. Fabricação de aço e arames. Tratamento de minérios de ouro e da prata. Refino do cobre, chumbo e outros metais. Purificação da água. Tratamento de águas residuais. Refinação do açúcar. Refinação do petróleo. Fabricação do papel, NaOH, vidro, inseticidas, carbonato de cálcio, cosméticos, vernizes, magnésio, indústria de alimentos etc.
Propriedades Físicas :-
As propriedades físicas, variam com as impurezas do calcário, grau de calcinação, e processo de calcinação.
A cor varia do branco até cinza ou preta, passando pelo amarelo e vermelho, sendo razão das impurezas presentes ou do teor de magnésio.
A densidade, do calcário é de 1,9 a 2,2 g/cm3 ( considerando-se porosidade nula)
A densidade da cal comercial, varia entre 3,2 e 3,4g/cm3 enquanto que a da cal hidratada varia de 2,3 a 2,9 g/cm3 em razão da sua composição. ( teor de água )
A dureza do calcário, da cal viva e mesmo da cal hidratada varia de 2 a 4 em função da temperatura de calcinação.
Índice da Cal ativa.
É a fração de CaO com disponibilidade imediata para neutralização.
Motivos:-
Em altas temperaturas o SiO2 e o Al2O3 reagem com parte do CaO formando silicatos não disponíveis para a atividade química.
O CaO ao ar reage com o CO2 produzindo CaCO3 prejudicando o conteúdo de cal disponível.
Comportamento do calcário na calcinação.
Temperatura de dissociação :- é a temperatura onde a pressão do CO2 é de uma atmosfera.
Inicialmente, evaporação umidade e desprendimento da matéria orgânica volátil.
CaCO3 (puro) è CaO +CO2 - 39,7 Kcal ( 897 °C. )
Nos trabalhos com materiais impuros esta temperaturas são altamente variáveis.
A variação da coordenação cristalina eleva as temperaturas. Na prática, retira-se a cal do forno em temperaturas as mais próximas da TD, situação em que está porosa e muito ativa. Com o aumento da temperatura, a densidade aumenta e o material se aproxima do estado inerte da cal queimada.
Solubilidade
Em água pura : a 100 ° C CaCO3 .................0,0375g/l
MgCO3 ................0,063 g/l
Em água com CO2 - até 4,0 g/l, e existindo na solução o bicarbonato ( carbonatos ácidos) de cálcio ou magnésio.
A cal recentemente apagada é 10% mais solúvel que a antiga, pois as partículas originalmente pequenas, crescem durante o armazenamento.
Solubilidade a 25 ° C =
0,159 g/100g de solução ( 1,2 g/l
)
Reação da cal com água
CaO + H2O è Ca(OH)2 + calor ( 15,3 Kcal/mol )
Se a quantidade de água for em
excesso, forma-se a pasta de cal ou água de cal. Se a quantidade for estequiométricamente exata, forma-se a
cal hidratada seca.
A fabricação da cal se dá com uso fornos os mais variados dentre os quais os mais tradicionais são :-
Forno rotativo
Semelhante ao usado em indústrias de cimento. É o de maior capacidade de produção, e o que produz cal de melhor qualidade.Possuindo diâmetro variável de 1,8 a 3,5 metros e comprimento de 18 a 45 metros, usa calcário com diâmetro de 6 a 60 mm.
Fornos verticais
Diâmetro de 3 a 7 metros, e altura de 10 a 23 metros.
Os fornos verticais podem ser de alimentação mista, ou seja : camada de calcário, e camada de carvão.
Apresenta com vantagens , um menor custo do combustível, um menor capital inicial de investimento, e uma maior flexibilidade de funcionamento.
Apresentando as zonas de aquecimento, de calcinação, de resfriamento e de armazenamento, podem ser classificados como:
de chama curta quando utilizados com carvão
chama longa quando utiliza a lenha como combustível.
Os fornos são revestidos com ladrilhos refratários , devido ao desgaste de atrito com o calcário. Em razão das manutenções as fabricas trabalham em média 310 a 330 dias ano realizando paralisações periódicas.
Temperatura de calcinação do calcário
Em condições praticas, o calcário apenas começa a desprender CO2 em quantidades abundantes, a 980 °C .
A temperatura alcançada na pratica, é de 1.100 °C, trabalhando-se em temperaturas de até 1.400 ° C quando se deseja uma calcinação mais rápida.
O calcário calcinado a uma temperatura alta e em maior espaço de tempo é pouco poroso, hidrata-se lentamente e tem menor atividade. Após a queima, os blocos de cal são separados em processo manual retirando-se as pedras não devidamente calcinadas e a seguir, conduzidas ao processamento.
A cal pode ser comercializada, viva ( virgem ) e em pedras após apenas um resfriamento, ou ainda moída e embalada.
A fabricação da cal hidratada acontece pela adição lenta de água com agitação.
Armazenamento
O armazenamento da cal deve ser em local seco ,não podendo ser armazenada por longo tempo em razão de sua carbonatação.
Tempo de armazenagem de 3 a 6 meses para cal virgem desde que embalada em sacos de paredes multifolhas inpermeabilizado, ou sacos plásticos com boa vedação.
Para a cal hidratada o tempo de armazenagem pode ser estendido até cerca de um ano, quando a mesma permanece estável sem acontecer a carbonatação.