Química y Procesos Industriales de la Cal: Obtención, Tipos y Aplicaciones del Óxido de Calcio
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Fundamentos Químicos y Obtención de la Cal Viva
Propiedades Químicas de la Cal Viva (Óxido de Calcio, CaO)
- Químicamente, la cal viva es un óxido básico.
- Reacciona enérgicamente con el agua, liberando una gran cantidad de calor.
- El calcio (Ca) forma un óxido básico (CaO).
Materia Prima y Proceso de Calcinación
La materia prima principal para la obtención de la cal viva son las piedras calizas (principalmente Carbonato de Calcio, CaCO₃).
El subproducto gaseoso que se obtiene junto con la cal viva durante la calcinación es el dióxido de carbono (CO₂).
Reversibilidad de la Reacción de Obtención
La reacción de obtención de la cal viva es reversible. A baja temperatura, la cal viva se carbonata (reacciona con el CO₂) y se vuelve a generar carbonato de calcio.
Tecnología de la Calcinación: Tipos de Hornos
Clasificación de los Hornos de Calcinación
Los hornos utilizados para la calcinación de la piedra caliza se clasifican en:
- Discontinuos (u hornos intermitentes).
- Continuos verticales.
- Continuos rotatorios.
Hornos Discontinuos
Ventajas (Ven)
- Son los elegidos por pequeños productores, a menudo utilizados en regiones como la Precordillera Argentina.
Desventajas (Desven)
- Son antieconómicos.
- Son lentos.
- Necesitan mucha mano de obra en las etapas de carga y descarga.
Hornos Continuos
Ventajas (Ven)
- Pueden usar cualquier tipo de combustible.
- Funcionan sin interrupción.
- Pueden llegar a producir 100 toneladas (tn) o más.
Desventajas (Desven)
- Requieren una inversión inicial muy alta.
El Proceso de Apagado y Derivados de la Cal
Apagado de la Cal Viva
El apagado de la cal viva es una práctica que consiste en la hidratación controlada del óxido de calcio. Tradicionalmente, se realiza en un hoyo excavado en el terreno o dentro de una batea de madera. Mientras se agrega el agua, se va removiendo la pasta. Posteriormente, el producto se tapa con agua y se lo estaciona durante 48 horas.
Cal Apagada (Hidróxido de Calcio, Ca(OH)₂)
La cal apagada se clasifica como una sustancia básica porque contiene el grupo hidróxido (OH⁻).
Agua de Cal
Es una solución de hidróxido de calcio poco soluble en agua. Su solución vuelve azul el papel tornasol, lo que confirma su carácter básico.
Lechada de Cal
Se obtiene agitando la cal apagada en agua. El polvo de hidróxido de calcio queda en suspensión, adquiriendo un color blancuzco.
Usos de la Lechada de Cal
- Blanqueo de paredes.
- Desinfectantes.
Cal Hidratada
Químicamente, es hidróxido de calcio hidratado con una cantidad específica de agua.
Ventajas de la Cal Hidratada respecto a la Cal Apagada Tradicional
- Transporte sencillo.
- Almacenamiento en pilas.
- Buena conservación.
- Aplicación inmediata.
Almacenamiento, Estacionamiento y Fraguado
Requisitos de Almacenamiento
Cal Viva: Debe almacenarse cuidadosamente, ya que si absorbe humedad ambiental, experimenta un aumento de volumen que puede originar globos y ampollas en los revoques posteriores.
Cal Apagada: Se almacena porque el fraguado de la mezcla es un fenómeno complicado que demora alrededor de 30 días y requiere condiciones específicas.
Estacionamiento de la Cal Apagada
La cal apagada debe estacionarse antes de su uso para asegurar que todo el óxido de calcio residual haya reaccionado completamente con el agua.
Química del Fraguado
Los procesos químicos que ocurren durante el fraguado de la mezcla de cal son:
- Cristalización del hidróxido de calcio.
- Carbonatación (reacción con el CO₂ atmosférico).
Componentes de la Mezcla de Cal
Los componentes básicos son hidróxido de cal y agua. En algunas ocasiones, se agrega polvo de ladrillo para mejorar las propiedades.
Variedades, Rendimiento e Impurezas
Variedades de la Cal Viva
La cal viva se clasifica según la pureza de la piedra caliza utilizada:
- Cales Grasas: Obtenidas de piedras calizas de mayor pureza.
- Cales Magras: Obtenidas de piedras calizas de menor pureza.
Diferencias de Pureza
Las cales grasas contienen un 95% o más de óxido de calcio (CaO). Las cales magras, en cambio, tienen entre un 80% y un 90% de óxido de calcio y suelen ser más amarillentas.
Rendimiento de la Cal
El rendimiento de una cal se define como el aumento de volumen experimentado por la cal después del proceso de apagado.
Impacto del Óxido de Magnesio como Impureza
El óxido de magnesio (MgO) es perjudicial como impureza porque se apaga muy lentamente. Esto puede causar dificultades en el revoque de una pared, ya que sus granos se hidratan después de mucho tiempo, generando hinchamiento y deterioro de la superficie lisa.
Aplicaciones Industriales de la Cal
Los usos principales de las cales incluyen:
- Depilación de pieles en curtiembres.
- Potabilización de agua.
- Depuración de melazas azucareras.
- Fabricación de otros compuestos de calcio.
Reacciones Químicas Fundamentales
H5 Reacción de Calcinación (Obtención de Cal Viva)
$$\text{CaCO}_3 \longrightarrow \text{CO}_2 + \text{CaO} \quad (\text{Cal Viva})$$
H5 Carbonatación de la Cal Viva (Reacción Reversible)
$$\text{CaCO}_3 \longleftarrow \text{CO}_2 + \text{CaO} \quad (\text{Carbonatación de la Cal Viva})$$
H5 Reacción de Apagado (Obtención de Cal Apagada)
$$\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Ca}(\text{OH})_2 \quad (\text{Cal Apagada})$$
H5 Carbonatación del Agua de Cal (Fraguado)
$$\text{Ca}(\text{OH})_2 + \text{CO}_2 \longrightarrow \text{Ca}(\text{CO})_3 + \text{H}_2\text{O} \quad (\text{Carbonatación del Agua de Cal})$$
H5 Reacciones Relacionadas con el Magnesio
Calcinación de Dolomita (Obtención de Magnesio):
$$\text{MgCO}_3 \longrightarrow \text{MgO} + \text{CO}_2$$
Apagado del Óxido de Magnesio (Obtención de Hidróxido de Magnesio):
$$\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Mg}(\text{OH})_2$$