Carbonate de calcium

Trois types de roches contenant du carbonate de calcium sont excavées et utilisées par l'industrie. Ils sont le calcaire, la craie et de la dolomite. Le calcaire et la craie sont les deux formes de carbonate de calcium et la dolomite est un mélange de carbonates de calcium et de magnésium. Tous ont des impuretés telles que l'argile, mais certaines roches sont plus de 97% pure. Calcaire et d'autres produits dérivés de celui-ci sont largement utilisés dans l'industrie de la construction et neutralisent les composés acides dans une variété de contextes.

Dans l'industrie chimique, de grandes quantités de calcaire sont chauffés à environ 1500 K pour former de l'oxyde de calcium, connu sous le nom de chaux vive:

L'eau peut être ajouté à la chaux pour former de l'hydroxyde de calcium. Le processus est connu sous le nom « battance ». l'hydroxyde de calcium solide est connue sous le nom de chaux éteinte ou de la chaux hydratée, des solutions et des suspensions dans l'eau comme le lait de chaux.

La chaux terme est souvent utilisé pour couvrir la chaux vive, la chaux éteinte (chaux hydratée) et le lait de chaux.

Pour une utilisation particulière, un choix approprié est fabriqué à partir des quatre: le calcaire, la chaux vive, chaux éteinte ou du lait de chaux. Dans de nombreuses utilisations, la chaux réagit plus rapidement que le calcaire, mais est plus cher, car une température élevée est nécessaire pour produire du calcaire.

Utilisations de calcaire et de la chaux

Figure 1 Principales utilisations de calcaire et de la chaux.

Les principales utilisations, de loin, de calcaire et de la chaux sont dans l'industrie de la construction et la fabrication de ciment. Ils sont également utilisés dans les industries chimiques et métallurgiques et dans l'agriculture.

Sur une base mondiale, les proportions de chaux utilisés dans différentes industries sont les suivantes:

• 60% de la métallurgie (principalement la fabrication de l'acier. Formation de laitier et son utilisation dans le haut fourneau)
• construction de 25% (par exemple, il est utilisé avec de l'asphalte dans le pavage des routes, pour stabiliser les sols et dans la fabrication du mortier et du plâtre)
• 15% pour des utilisations chimiques et industrielles (par exemple pour rendre les agents de blanchiment utilisés dans la fabrication de papier, pour faire du carbonate de calcium précipité, d'une poudre fine utilisée dans des revêtements pour papier et des peintures, et dans le raffinage du sucre pour éliminer les impuretés colloïdales) et pour des utilisations environnementales (par exemple, avec du carbonate de sodium par les municipalités et l'industrie, pour adoucir l'eau (éliminer les ions calcium et magnésium), dans le traitement des eaux usées pour enlever les particules colloïdales et en désulfuration)

Cependant, ces proportions varient considérablement d'un pays à l'autre. Par exemple, aux États-Unis, les proportions sont les suivantes:

• métallurgie 38% (principalement la fabrication de l'acier)
• 31% des utilisations de l'environnement (par exemple, avec du carbonate de sodium, par les autorités municiipal et l'industrie pour adoucir l'eau (éliminer les ions calcium et magnésium), dans le traitement des eaux usées, pour éliminer les particules colloïdales et en désulfuration
• 22% chimiques et les utilisations industrielles (par exemple pour rendre les agents de blanchiment utilisés dans la fabrication de papier, pour faire du carbonate de calcium précipité, d'une poudre fine utilisée dans des revêtements pour papier et des peintures et dans le raffinage du sucre pour éliminer les impuretés colloïdales)
• 8% des usages de construction (par exemple, il est utilisé avec de l'asphalte dans le pavage des routes, pour stabiliser les sols et dans la fabrication du mortier et du plâtre)
• 1% d'autres

Les utilisations sont décrites ci-dessous, plus en détail, en termes de différentes industries.

Dans le secteur de la construction

Calcaire a été utilisé comme matériau de construction depuis l'âge de pierre. En effet, la plus grande utilisation de calcaire et les diverses formes de la chaux est encore dans l'industrie de la construction, en particulier dans les projets de construction de routes et de la construction, de grande taille, ses ponts et gratte-ciel, jusqu'aux maisons. Gros morceaux de carbonate de calcium sont souvent utilisés lorsque des quantités importantes d'agrégats sont nécessaires, par exemple pour les fondations de routes.

La chaux est souvent utilisé pour faire plus ferme le sol. Il réagit avec les minéraux argileux dans le sol pour former des composés de type ciment (par exemple silicate de calcium et d'aluminate de calcium (aluminosilicate de calcium)), la figure 2.

Figure 2 (a) Les particules d'argile sont entourés par l'eau, ce qui leur permet d'être aligné et capable de
glisser facilement. Il en résulte un sol argileux avec un
faible résistance.

Figure 2 (b) Lorsque la chaux est ajoutée, la quantité d'eau autour des particules d'argile est réduite. Les particules d'argile sont plus en mesure de coulisser facilement et le sol est renforcé.

Figure 3 Le sol humide a été rendue plus difficile par l'addition de chaux. Cet équipement de terrassement est capable de se déplacer facilement.

Avec l'aimable autorisation de Singleton Birch.

Le calcaire est également le principal constituant du ciment et du béton.

En fabrication de ciment

Le ciment est constitué par du calcaire premier mélangeur et des substances telles que des argiles (qui contiennent de la silice, de l'alumine et de fer (III) de l'oxyde) d'une poudre fine. Le mélange est broyé et introduit dans un four rotatif. qui est un tuyau de fer, de 60 à 90 m de long et d'environ 6 m de diamètre. Le tube est mis en rotation et chauffé à environ 1700 K à la flamme à l'intérieur de celui-ci. Le four est légèrement incliné pour permettre aux matériaux d'atteindre lentement l'autre extrémité, où il est rapidement refroidi par de l'air à 373-473 K.

L'air chauffé à partir des refroidisseurs est renvoyé aux fours, un procédé qui permet d'économiser du carburant et augmente l'efficacité de gravure.

Avec l'aimable autorisation de Waddington Jessica.

Dans l'industrie et de l'environnement

De nombreux lacs sont devenus trop acide à cause de la pollution aérienne (pluies acides), par exemple aux États-Unis, en Scandinavie et en Ecosse. Les lacs sont pulvérisées avec du carbonate de calcium très finement pulvérisé (figure 7). Une autre façon efficace de traiter ce problème est d'appliquer la poudre de calcaire dans les zones non plantées près des sources des cours d'eau menant aux lacs.

Figure 7 calcaire en poudre est pulvérisée sur un lac à proximité de Hemsjö, En Suède du Sud.
Avec l'aimable autorisation de Rickard Gillberg.

Calcaire et les diverses formes de chaux sont utilisés en grandes quantités pour assainir l'environnement, en neutralisant les acides. Par exemple, le calcaire et la chaux sont utilisés pour éliminer le dioxyde de soufre produit dans la combustion du charbon dans les centrales électriques. Même le charbon « propre » peut contenir environ 1% de soufre.

Les effluents gazeux, des gaz de combustion, provenant de la combustion de la houille sont passés à travers un jet de pierre à chaux ou la chaux vive très finement broyé en suspension dans l'eau. Le dioxyde de soufre, étant un acide, réagit avec eux, par exemple:

Le sulfite de calcium résultant recueille à la base de l'absorbeur et de l'air comprimé est insufflé dans ce résidu. Le sulfite de calcium réagit avec l'air pour former du sulfate de calcium (gypse), utilisé pour fabriquer, par exemple, les panneaux de plâtre et de ciment.

Très fines et de carbonate de calcium pur est utilisé comme charge dans les matières plastiques et le papier. Une charge est une substance qui donne vrac, mais ne modifie pas les propriétés de la substance à laquelle il est ajouté et est également inerte. Le carbonate de calcium très finement broyé lorsque (moins de 2 microns) est utilisée dans les peintures pour donner une finition « mat ».

Figure 8 Utilisation de calcaire.

Le carbonate de calcium est également utilisé:

• pour faire du carbonate de sodium par le procédé Solvay
• dans le haut fourneau pour produire du fer
• dans la fabrication de verre

dans le secteur agricole

Calcaire et de la chaux concassée sous toutes ses formes sont utilisées pour neutraliser les acides dans le sol et créer ainsi les conditions de sol optimales pour la croissance des cultures. Ils aident également à briser les argiles comme décrit ci-dessus, l'amélioration de la structure du sol, améliorant ainsi le drainage et la réduction de l'érosion des sols. De plus, ils fournissent une source d'ions calcium qui sont un important élément nutritif des plantes.

La production annuelle de calcaire

Les données relatives à la production annuelle de carbonate de calcium ne sont pas facilement disponibles. Environ 1 milliard de tonnes de ses deux principaux minerais, le calcaire et la dolomite, sont extraits chaque année aux États-Unis. Compte tenu des quantités relatives de chaux qui est utilisé dans différents pays, une estimation de l'exploitation minière dans le monde entier de carbonate de calcium est de 15 milliards de tonnes par an.

La production annuelle de chaux (oxyde de calcium et l'hydroxyde de calcium)

Fabrication d'oxyde de calcium (chaux vive)

Le carbonate de calcium (calcaire) est chauffé pour former de l'oxyde de calcium (chaux vive) et du dioxyde de carbone:

La chaux vive est produite dans des fours à garnissage réfractaire. De nombreux modèles sont utilisés, mais sont basées sur la verticale d'arbre Kiln le plus commun (figure 9).

Le four est en acier, garni de briques réfractaires. Le calcaire est introduit par le haut et de l'air est soit aspiré par des ventilateurs ou des soufflantes poussé par type de racines, à travers le four à partir du bas (contre-courant). Le combustible est alimenté à travers les parois du four, en utilisant environ 8-10 lances insérées dans le four.

Le four à chaux se compose de trois zones principales:

Les combustibles utilisés varient, en fonction de ce qui est disponible. De nombreux fours utilisent le gaz naturel, mais dans l'huile est pompée dans les autres. Dans d'autres cas, des solides tels que le charbon finement pulvérisé est mis sous pression et pompé en sorte qu'il agit comme un fluide.

S'il n'y a pas assez d'air pour la combustion complète du carburant, plus est alimenté directement à la zone de combustion.

Figure 9 Fabrication de chaux: Le four à axe vertical.