Procesele fizico - chimice Componentul argilos din materia primă imprimă un grad accentuat de

complexitate proceselor chimice din cuptor şi reprezintă factorul caracteristic în

raport cu procesele care au loc la obţinerea varului aerian.

Pîna la temperatura de 900 - 950°C,mai importante sînt reacţiile de

descompunere a carbonaţilor şi procesele de transformare fizică şi chimică pe care

le suferă substanţa argiloasă.De la temperatura de 900 – 950°C viteza de reacţie

dintre constituenţii oxidici ai celor doi componenţi principali din materia primă

(calcarul şi impurităţile argiloase) devine practic importantă,se formează într-o

măsură tot mai mare silicaţi,aluminaţi şi fieriţi.

Analizele termice efectuate pe argile pun în evidenţă,pînă la temoeratura de

900°C,un singur efect mai însemnat.Este vorba de un efect enditermic,ca urmare a

deshidratării.Apa de cristalizare este cedată la temperatură mai scăzută sau mai

ridicată,cu viteză mai mare sau mai mică,în funcţie de natura grupelor HO− în

reţeaua cristalină.

Cercetările efectuate pe argile calcinate,privind solubilitatea faţă de acidul

clorhidric,cum şi cercetările electronografice şi roentgenografice,arată că că

reţeaua devine metastabilă pe măsură ce se îndepărtează apă,din punct de vedere

cristalo-chimic,deşi reţeaua reprezintă o deformare anumită,ea totuşi păstrează

orintarea reţelei aluminosilicatului iniţial.Această stare metastabilă a argilei

calcinate explică reactivitatea sa ridicată.

La temperatura de 900°C încep să apară mai intens,în sistem,produşi ai reacţiei

dintre oxidul de calciu ( produs al decarbonării CaCO3),metacaolinit (produs al

deshidratării caolinitului din argilă),SiO2 şi oxizii de fier din substanţa argiloasă .

Silicaţii de calciu.În sistemul CaO – SiO2 se cunosc patru compuşi binari : CS,

C3S2, C2S, C3S.Unii cercetători au pus în evidenţă faptul că reacţiile de formare a

acestor compuşi încep la temperatura de 900°C.După datel lui Nogai ,primul

produs al reacţiei dintre CaO şi SiO2 este – indiferent de prope’porţia acestor oxizi

– rankinitul C3S2.Alţi cercetători arată că în primul rînd se formează C2S.

Wollastonitul se formează la temperaturi mai înalte ,din silicaţii rezultaţi

iniţial,într-un amestec echimolecular de CaO şi SiO2.

Formarea silcatului tricalcicla temperaturi sub 1500şC este practic

neglijabilă,devine importantă la 1600 - 1800°C.Existenţa acceleratorilor,apariţia

fazei lichide,cum şi alţi factori (omogenizarea,fineţea de măcinarea constituenţilor

iniţiali) pot determina creşterea vitezei de formare a C3S,chiar la temperaturi mai

mici .

În condiţiile obţinerii varului hidraulic,la temperaturi moderate,fără apariţia fazei

lichide,cînd există un exces de oxid de calciu,cea mai mare parte ea bioxidului de

siliciu se va regăsi sub formă rankinitului C3S2 şi a ortosilicatului C2S.

Aluminaţii de calciu.În sistemul CaO – Al2O3 se cunosc următorii compuşi :

3CaO · Al2O3, 12 CaO · 7 Al2O3, CaO · Al2O3, CaO · 2 Al2O3 , CaO · 6 Al2O3.

Jenike a arătat că primul compuscare apare în acest sistem,în timpul calcinării,este

CaO · Al2O3.Interacţiunea dintre CaO şi Al2O3 începe chiar de la 600şC.La circa

1000şC ea se desfăşoară cu o viteză însemnată.Dacă în sistem există un exces de

oxid de calciu,atunci,din CaO · Al2O3 rezultă,la început, 12 CaO · 7 Al2O3 şi apoi

3CaO · Al2O3 .Heptaaluminatul dodecalcic se formează mai intens la temoeraturi

de peste 1350şC,ca şi aluminatul tricalcic.

În condiţiile compoziţiei prime din care se obţine varul hidraulic,calcinînd la

temperaturi de cel mult 1200şC,trebuie să apară,în produsul final,mai ales CaO ·

Al2O3.

Feriţii de calciu.În sistemul CaO – Fe2O3 se evidenţiază formarea în starea solidă a

CaO · Fe2O3 şi 2 CaO · Fe2O3.Reacţiile de formare a acestor doi compuşi încep la

temperaturi de 900 - 950şC, CaO · Fe2O3 înceepe să se topească cu descompunere

la temperaturi de 1230şC ,ceea ce poate să conducă la apariţia de topituri locale,ca

urmare a supraîncălzirii.

Datorită excesului de CaO,în varul hidraulic va exista mai cu seamă 2 CaO ·

Fe2O3.

Pentru fabricarea varului se foloseşte piatra de var de origine muntoasă ce

conţine carbonat de calciu Ca CO3, carbonat de magneziu Mg CO3 şi adaose în

formă de nisip şi argilă.

La o temperatură de 800 - 1000 °C în cuptor specia de piatră de calcină -

magneziană disociază în oxid de calciu CaO , oxid de magneziu MgO şi bioxidul

de carbon CO2 . în afară de aceşti 3 componenţi după procesul de ardere mai avem

componenţi în procent scăzut dar sunt ca : SiO2 , A12O3, Fe2O3.

După densitate în gospodăria obştească varul se clasifică în :

a) de construcţii .

b) tehnic .

Primul se întrebuinţează în construcţie , iar al doilea în procese tehnice de

exemplu , pentru primirea betonului siîicat , cărămizii silicatica şi la topirea

oţelului.

După modul de întărire varul de construcţii este ;

a) var aerian .

b) var hidraulic .

Varul aerian are posibilitatea de-a se întări numai în condiţii normale cu mediu

uscat .

Varul hidraulic spre deosebire de varul aerian poate să-şi menţină duritatea

şi să se întărească într-un mediu apos .

Varul aerian de construcţie . După componenţă oxidului (CaO sau MgO)

varul aerian de construcţie se împarte :

1) Var calcinat ce conţine 70 - 90 % CaO şi 5 % MgO care la ardere se

degază cu CO2. MgC03 . în aşa caz avem var calcinat.

2) Var magnezian şi dolomit . El conţine pînă la 20 % MgO, dar dolomit pînă

la 40 % . Acest tip de var se arde în cuptoarele speciale , care asigură

obţinerea MgO într-o formă activă .

Varul aerian de construcţii poate fi de trei feluri : I. Var

boţ ce nu-i stins . II. Var praf ce nu-i stins . III. Var

stins ,

1) Acest var este piatra de var care este adusă din carieră numai că

trecută prin cuptor (arsă) .

2) In afară de l. metodă se mai adaugă mărunţirea pietrei de var în

moară cu ciocane .

3) Ambele metode împreună , iar după aceea varul stins intr-o

cantitate de apă ce formează masă elastică . Procentul de apă

teoretic este de 32,13 % de la masa CaO.

La stingerea varului se măreşte volumul de 2-3,5 ori mai mare. La

hidratarea CaO se elimină o căldură datorită căruia ajungem la formarea unor

părticele de mărime aproximativ 6 microni (mcn).

Varul de construcţii hidrauluic . Varul de construcţii se produce la o

temperatură de 1100-1200 °C , a speciilor carbonate cu înaltă ( 9-21 %)

concentraţie departicole , argiloase şi rebut .

Arderea varului este operaţia tehnologică de bază la producerea varului aerian .

în acest proces decurg un şir de procese complicate fizico - chimice , ce determină

calitatea produsului .

Scopul arderii este :

1) Posibil întreaga descompunere CaCO3 şi MgCO3 în CaCO , MgO şi CO2.

2) Obţinerea produsului de o .calitate înaltă cu o microstructură optimă

a particulilor şi a porilor . Dacă în materia primă sunt amestecuri de argilă şi

nisip , atunci între ele şi carbonaţi au loc reacţii cu formarea silicaţilor ,

aluminatului şi feritului de calciu şi magniu. Reacţia de descompunere a

principalului component al pietrii de var-

carboxid de calciu - are loc după shema CaCO 3 → CaO + CO 2↑ Teoretic pentru

descompunerea a unui mol de CaCO3 se cheltuie 179kj

pentru l kg de CaCO3 . Calculînd pentru l kg de oxid de calciu CaO primit ,

cheltuielile sunt egale cu 3190 kj .

Procesul de disociere a carboxidului de calciu este o reacţie reversibilă , direcţia

reacţiei depinde de temperatură şi presiunea parţială a gazului de

carboxid de CO 2 în mediul , în care se află carbonatai de calciu ce se

d i so c i a z ă .

Aşa cum CaO şi CaCO3 sînt materii tari şi concentraţiile lor în

unitate de volum nu se schimba , constanta disocierii Kdis = Pco2 . Pentru gaz

concentraţia lui se poate de exprimat prin presiunea parţială , şi atunci Kdis = Pco2

. Ca urmare , echilibrul dinamic în sistemă studiată se instaurează după o presiune

determinată Pco2 , constată pentru fiecare temperatură dată şi nu depinde nici de

cantitatea oxidului de calciu , nici de cantitatea carbonatului de calciu , ce se

găsesc în sistemă . Această presiune de echilibru Pco2 se numeşte presiune de

disociere sau elasticitatea disocierii.

Disociaţia carboxidului de calciu este posibilă numai cu condiţia, ca

presiunea disociaţiei să fie mai mare decît presiunea parţială CO2 din

mediul înconjurător . La temperatură obişnuită descompunerea CaCO3 e

imposibilă , deoarece presiunea disociaţiei e foarte mică . Numai la temperatură de

600 °C în mediul , lipsit de carboxid , se începe disociaţia carboxidului de calciu ,

ce decurge foarte încet .

La mărirea ulterioară a temperaturii disociaţia CaCO3 se accelerează . La 880

°C presiunea disociaţiei atinge 0,1 MPa .

La această temperatură presiunea bioxidului de carbon la disociaţie întrece

presiunea atmosferică exterioară , deaceea descompunerea carbonarului de calciu

într-un vas deschis decurge intensiv . Acest fenomen condiţionat se poate de

comparat cu eliminarea intensivă a vaporilor dintr-un lichid ce fierbe . La

temperatură mai înaltă de 900 °C mărirea ei cu fiecare 100 °C accelirează

decarbonizarea pietrei de var aproximativ de 30 ori . Practic în cuptoare

decarbonizarea începe la temperatura suprafeţei bucăţilor ~ 850 °C

cu menţinerea în gazele de eşire ~ 40-45% . Viteza decarbonizării

pietrei de var la ardere mai depinde de mărimea bucăţilor arse şi de

propriitaţile lor fizice .

Descompunerea CaCO3 nu are loc în acelaşi timp în toată masa bucăţilor , dar se

începe cu exteriorul şi cu încetul pătrunde în părţile interioare . Viteza mişcării

zonei de disociere în interiorul bucăţilor se măreşte cu ridicarea temperaturii de

ardere . în particular , la temperatura de 800 °C viteza de mişcare a zonei de

disociere este aproximativ de 2 mm , iar la 1100°C - 14 mm , într-o oră , deci de

şapte ori mai repede ,decît la 800 °C .

Pe măsura mişcării zonei de disociere în interiorul bucăţilor de

descompunere a CaCO3 Se micşorează . Ceea ce se explică cu mărirea rezistenţei de

transmitere a căldurei şi micşorarea difuziei carboxidului prin straturile ce se

măresc a materealului ars în spaţiul încunjurător al cuptorului

La arderea pietrei de var în formă de bucăţi de mărime mică şi mijlocie

productivitatea cuptorului de obicei depinde de faptul cît de intensivă este

transmiterea căldurii de la suprafaţa bucăţilor . De aceea la arderea pietrei de var

de bucăţi mari e nevoie de mărit temperatura gazelor cuptorului , ca să intensifice

transmiterea căldurii în straturile interioare a materealului . Dar mărirea peste

limită a temperaturii de ardere şi acţiunea ei pe o perioadă lungă de timp asupra

varului deja format în straturile superioare a bucăţii influinţează negativ asupra

calităţii produsului . Calitatea varului aerian de construcţie depinde nu numai de

conţinutul în el a oxizilor de calciu şi magniu liberi , dar şi de microstructura

produsului determinată de :

- mărimea şi forma cristalelor de CaO şi MgO.

- mărimea porilor şi împrăştierea lor în masa substanţei .

La densitatea calcitului , componentul principal al pietrei de var 2,72 g/ cm3, un

kg de substanţă ocupă volumul l: 2,72 = 0,16 cm3, de 2,25 ori mai mic decît

calcitul de la început . Dacă presupunem că oxidul de calciu se va înprăştia egal în

volumul calcitului şi va ocupa jumătate din acest volum , atunci cealaltă jumătate

va prezenta pori de diferite mărimi penetraţi în masa varului .

în realitate volumul pietrei de var din diferite zăcăminte în dependenţă de

conţinutul chimic şi pietrografic , densitate , microstructură şi condiţiile de ardere

se modifică diferit . De obicei la temperaturi mici de ardere (850 - 900 °C) bucăţile

din pietrele de var din diferite zăcăminte numai se micşorează puţin în volum , deşi

- uniori se observă o oarecare mărire .

La mărirea temperaturii de ardere pînă la 1000 °C şi îndeosebi pînă la 1200-

1300 °C volumul de obicei se micşorează însemnat. Abateri se observă foarte rar .

Se consideră că mărirea volumului varului e legată cu prezenţa în piatra de var a

amestecurilor de legături alcaline .

Micşorarea volumului e îsoţită de micşorarea porozităţii bucăţilor şi mărirea

masei de volum . La ardere are loc reconstruirea rapidă a reţelei cristaline trigonale

a calcitului în cubică a oxidului de calciu .

întrebuinţarea varului . O mare parte de var se întrebuinţează ca lianţi pentru

pregătirea mortarelor de construcţii .

O mare parte din var se foloseşte în industria chimică . Avem : sodă calcinată de

masă , caustică , se foloseşte la fabricarea prafului de clorură , în metalurgie la

fabricarea ciugunului şi oţelului , fabricarea zahărului .