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煆燒

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煆燒,或稱鍛燒(英語:Calcination),是指將固體在空氣或氧氣中加熱到高溫,通常是為了去除雜質或揮發性物質。[1]然而,煅燒也被用來指在缺乏或有限的空氣或氧氣供應的情況下,對礦石和其他固體材料進行熱處理,從而導致熱分解。單詞calcination的詞根指的是它最顯著的用途,即通過燃燒從石灰石中去除碳,生成氧化鈣(生石灰)。該焙燒反應為CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)。氧化鈣是現代水泥的重要成分,也是熔煉的化學熔劑。工業煅燒通常會排放二氧化碳,是造成氣候變化的主要原因。

煅燒爐是一個鋼製的圓筒,它在加熱爐內旋轉,在可控的氣氛下進行間接高溫處理(550-1150℃,或1000-2100華氏度)。[2]

工業過程

石灰石煅燒用的烤箱
石灰石煅燒用的烤箱

煅燒過程的名字來源於拉丁語calcinare(燒石灰),[3]因為它最常見的應用是將碳酸鈣(石灰石)分解成氧化鈣(石灰)和二氧化碳,從而製造水泥。煅燒的產物通常稱為「calcine」,而不管經過熱處理的實際礦物是什麼,可能與鈣無關。煅燒是在各種設計的爐或反應器(有時稱為窯爐或煅燒爐)中進行的,包括豎爐、迴轉窯、多底爐和流化床反應器。

煅燒過程的例子包括:

  • 碳酸鹽礦石的分解,如石灰石的煅燒以驅除二氧化碳;
  • 水化礦物的分解,如礬土和石膏的煅燒,以除去結晶水產生水蒸氣;
  • 石油焦中揮發性物質的分解;
  • 產生相變的熱處理,如銳鈦礦化為金紅石或玻璃材料的去透明化;
  • 沸石合成中銨離子的去除
  • 氟化鈾酰產生二氧化鈾和氫氟酸氣體的脫氟反應。

反應

煅燒反應通常發生在或高於熱分解溫度(分解和揮發反應)或轉變溫度(相變)。這個溫度通常定義為一個特定煅燒反應的標準吉布斯自由能等於零的溫度。

石灰石煅燒

石灰石煅燒分解過程發生在900年到1050ºC,化學反應如下:

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

如今,這種反應主要發生在水泥窯中。

反應的標準吉布斯自由能是近似ΔG°r ≈ 177,100 − 158T (J/mol)。[4]當溫度T等於1121 K,或848℃時,反應的標準自由能是0。

氧化

在某些情況下,金屬煅燒會導致金屬氧化。讓·雷指出,鉛和錫在煅燒後重量會增加,大概是因為它們被氧化了。

鍊金術

在鍊金術中,煅燒被認為是物質轉化所需的12個生命過程之一。

參考文獻

  1. ^ IUPAC. Calcination. 
  2. ^ High-Temperature Processing with Calciners. 
  3. ^ Mosby's Medical, Nursing and Allied Health Dictionary, Fourth Edition, Mosby-Year Book Inc., 1994, p. 243
  4. ^ Gilchrist, J.D. Extraction Metallurgy 3rd. Oxford: Pergamon Press. 1989: 145. ISBN 978-0-08-036612-8. 
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