Come viene prodotta la calce: il processo completo dalla cava al forno

La produzione di calce è un processo industriale secolare che trasforma il calcare naturale in calce viva (ossido di calcio) o calce idrata (idrossido di calcio), materiali utilizzati in un'ampia gamma di settori, dall'edilizia alla gestione ambientale. Per comprendere la produzione della calce è necessario esplorare le sue materie prime, le reazioni chimiche coinvolte e i processi tecnologici utilizzati per creare questa sostanza essenziale.

1. Materie prime: calcare

La produzione di calce inizia con il calcare, una roccia sedimentaria composta principalmente da carbonato di calcio (CaCO₃). I giacimenti di calcare sono presenti in grandi quantità in tutto il mondo e questa roccia costituisce il fondamento della produzione della calce. In natura, il calcare si forma attraverso l'accumulo di conchiglie, coralli e altri materiali organici, spesso in ambienti marini.

Per produrre calce, il calcare deve prima essere estratto tramite estrazione mineraria, sia tramite cave (in depositi poco profondi) sia tramite estrazione sotterranea (in riserve più profonde). La purezza del calcare può variare e un calcare di purezza più elevata si traduce in calce di qualità superiore.

2. Frantumazione e vagliatura

Dopo l'estrazione, il calcare viene trasportato in un impianto di lavorazione, dove viene sottoposto a diversi processi meccanici. Innanzitutto, viene frantumato in pezzi o aggregati più piccoli per aumentarne la superficie, il che facilita le successive reazioni chimiche. La dimensione del calcare frantumato dipende dal tipo di forno utilizzato nella fase successiva.

Anche lo screening è una parte essenziale di questa fase. Le particelle più grandi vengono separate da quelle più piccole, garantendo che nel forno entri solo calcare delle dimensioni appropriate.

3. Calcinazione: trasformare il calcare in calce

Il processo principale di produzione della calce è la calcinazione, che prevede il riscaldamento del calcare ad alte temperature (tipicamente tra 900°C e 1000°C) in un forno. Questo processo scompone il carbonato di calcio presente nel calcare in calce viva (ossido di calcio) e anidride carbonica (CO₂), una reazione chimica rappresentata come:

L'anidride carbonica si disperde nell'atmosfera e l'ossido di calcio solido rimanente viene chiamato calce viva. La temperatura nel forno deve essere attentamente controllata per garantire che il processo di calcinazione sia efficiente riducendo al minimo la produzione di sottoprodotti indesiderati.

Esistono diversi tipi di forni utilizzati per la calcinazione, tra cui:

Forni a pozzo verticale (VSK): si tratta di forni verticali alti in cui il calcare viene riscaldato dal basso. Il calore viene fornito bruciando combustibili come carbone o gas naturale.

Forni rotanti: questi grandi forni cilindrici ruotano quando il calcare viene immesso in un'estremità e si muove attraverso il forno, diventando progressivamente più caldo durante il suo spostamento. I forni rotanti sono noti per la loro efficienza nella movimentazione di grandi quantità di materiale.

Forni ad alveare: utilizzati nella produzione tradizionale di calce, i forni ad alveare sono forni in muratura con una forma a cupola.

La scelta del forno dipende dalla scala di produzione, dall'efficienza energetica e dalle caratteristiche desiderate del prodotto.

4. Raffreddamento e vagliatura della calce viva

Una volta convertito in calce viva, il calcare deve raffreddarsi prima di poter essere ulteriormente lavorato o utilizzato. La calce viva è estremamente calda quando esce dal forno e il raffreddamento è un passaggio importante per garantire che la calce non reagisca in modo imprevedibile se esposta all'acqua o all'aria. Il raffreddamento viene generalmente effettuato utilizzando aria o acqua.

Una volta raffreddata, la calce viva viene spesso setacciata per separare le particelle più fini dai pezzi più grandi. La dimensione delle particelle influenza la reattività della calce viva: le particelle più fini sono più reattive e più veloci nelle loro reazioni chimiche.

5. Idratazione: trasformare la calce viva in calce idrata (facoltativo)

Per alcune applicazioni, la calce viva viene ulteriormente lavorata per produrre calce idrata (idrossido di calcio). Ciò comporta l'aggiunta di acqua alla calce viva in un processo controllato noto come idratazione. La reazione chimica è:

Il risultato è una polvere fine e secca nota come calce idrata. La calce idrata viene utilizzata in applicazioni in cui è necessario un prodotto più fine, come nel trattamento delle acque, nel controllo ambientale (ad esempio, nella desolforazione dei gas di combustione) e nei materiali da costruzione.

Il processo di idratazione può avvenire in diversi tipi di apparecchiature, tra cui serbatoi di spegnimento e idratatori, dove la calce viva viene lentamente miscelata con acqua per controllare il calore ed evitare schizzi o reazioni eccessivi.

6. Controllo di qualità e imballaggio

Una volta prodotta, la calce viva o idrata, viene sottoposta a test di controllo qualità. La calce viene testata per verificarne la purezza, la distribuzione granulometrica e la reattività, per garantire che soddisfi gli standard per l'uso previsto. Questa fase prevede sia test di laboratorio che ispezioni in loco.

Infine, la calce viene confezionata in contenitori sfusi, sacchi o trasportata tramite trasportatore per essere distribuita per uso commerciale o industriale.

Applicazioni industriali della calce

La calce svolge un ruolo cruciale in vari settori industriali, con applicazioni che spaziano dal controllo ambientale alla produzione manifatturiera. Alcuni degli usi principali includono:

Edilizia: la calce viene utilizzata nella produzione di cemento, malta e calcestruzzo.

Gestione ambientale: la calce è ampiamente utilizzata nel trattamento delle acque, nella neutralizzazione delle acque acide e nel trattamento dei fanghi di depurazione.

Produzione dell'acciaio: la calce viene utilizzata come flusso nella produzione dell'acciaio per rimuovere le impurità.

Industria chimica: la calce funge da materia prima per la produzione di una varietà di prodotti chimici, tra cui carburo di calcio e carbonato di sodio.

Agricoltura: la calce viene utilizzata per regolare il pH del suolo, migliorando la resa delle colture.

Conclusione

La produzione della calce è un processo che prevede diverse fasi complesse, dall'estrazione del calcare al processo di calcinazione in forno. Si tratta di un processo industriale vitale che è stato fondamentale per il progresso umano per secoli. La versatilità e l'importanza della calce in settori quali l'edilizia, l'acciaio e la gestione ambientale la rendono uno dei materiali più importanti dell'industria moderna.