هیدروکسید کلسیم چیست؟

آهک هیدراته Hydrated lime با فرمول شیمیایی هیدروکسید کلسیم Ca(OH)₂ یک ماده شیمیایی قلیایی مورد مصرف در صنایع تصفیه آب ، کشاورزی ، ساخت و ساز و … است. این ماده بر خلاف سنگ آهک در طبیعت یافت نمی شود و یک ترکیب سنتز شده است. آهک هیدراته با اسامی آهک مرده ، آهک شکفته و آهک آبخورده با استفاده از ترکیب آهک زنده با آب تولید می شود و از نظر ظاهری به صورت گردی سفید رنگ است. آهک شکفته را می توان هم از سنگ آهک و هم از سنگ دولومیتی تولید نمود.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی

تفاوت هیدروکسید کلسیم با سایر آهک ها

این نوع آهک از نظر فرمول شیمیایی ، شکل ظاهری و کاربرد با دیگر انواع آهک تفاوت دارد.

تفاوت هیدروکسید کلسیم(آهک هیدراته) با سنگ آهک

سنگ آهک نوع طبیعی این ماده است که به آن آهک خام هم گفته می شود. از نظر شیمیایی ، فرمول آن به صورت کربنات کلسیم است و با عناصری مثل سیلیس ، آهن و منگنز ترکیب می شود. در حالی که آهک شکفته دارای فرمول هیدروکسید کلسیم بوده و در طبیعت وجود ندارد بلکه باید با انجام عملیات تولیدی و ایجاد تغییرات شیمیایی در سنگ آهک آن را تولید نمود.

تفاوت هیدروکسید کلسیم با آهک زنده

تفاوت آهک زنده و مرده در ترکیبات شیمیایی و واکنش دهندگی آنها است. آهک زنده ماده اولیه برای تولید آهک مرده است. این ماده دارای فرمول مولکولی اکسید کلسیم بوده و تمایل زیادی به ایجاد واکنش با آب دارد. اصولا اکسید کلسیم یک ماده ناپایدار است و نمی تواند به مدت زیادی در محیط های مرطوب بدون تغییر باقی بماند. در حالی که آهک شکفته واکنش خاصی با آب ایجاد نمی کند و حتی در آب حل نمی شود. از نظر موارد مصرف نیز این دو ماده تفاوت هایی دارند. آهک شکفته بیشتر به عنوان فیلر در تولید محصولات مختلف نظیر کاغذ و پلاستیک بکار می رود در حالی اکسید کلسیم معمولا به عنوان کاتالیست در تولید محصولاتی نظیر سیمان بکار رفته و خاصیت ضدعفونی قوی دارد.

تولید هیدروکسید کلسیم

برای تولید آهک هیدراته باید چندین مرحله شامل ایجاد تغییرات شیمیایی صورت پذیرد. ماده اولیه تولید همه انواع آهک ، کربنات کلسیم (سنگ آهک) است که به وفور در طبیعت و معادن یافت می شود. این ماده یکی از اجزاء تشکیل دهنده پوسته زمین بوده و ممکن است حاوی مواد ناخالص گوناگونی همچون گاز کربنیک ، آهن ، سیلیس ، خاک رس ، منیزیم ، منگنز و … باشد که به منظور تولید آهک های فراوری شده باید آن ها را جداسازی نمود.

برای اینکه آهک هیدراته تولید کنیم ، ابتدا باید آهک زنده quicklime را به دست آوریم. پروسه تولید این ماده از طریق حرارت دهی به سنگ کربنات کلسیم در درجه حرارتی بین نهصد تا هزار و دویست درجه سانتی گراد است. این عمل توسط کوره های آهک پزی انجام می شود که شرایط لازم برای تولید این حرارت را ایجاد می کنند. معادله واکنش شیمیایی تولید آهک زنده عبارت است از:

CaCO₃ → CaO + CO₂

با پخت آهک به روش گفته شود ، اکثر ناخالصی های موجود در آن جدا می گردد و نصف مسیر تولید هیدروکسید کلسیم نیز طی شده است. آهک پخته شده دارای حالتی کلوخه ای و سفید رنگ می باشد و واکنش پذیری بالایی با آب و رطوبت دارد. برای تولید آن هم می توان از سنگ آهک کلسیم بالا CaCO₃ و هم از کربنات کلسیم منیزیمی (دولومیت) CaMg(CO₃)₂ استفاده نمود. البته کیفیت آهک تولید شده از دولومیت پایین تر است و باید به میزان سی تا پنجاه درصد بیشتر از آن در تولید محصولات مختلف مصرف نمود.

در مرحله نهایی نوبت به هیدراته کردن (شکفتن) آهک می رسد. این کار را به دو صورت می توان انجام داد. روش اول از طریق ترکیب مستقیم آهک پخته شده در آب است. این روش سریع بوده اما کیفیت آهک شکفته تولید شده به شدت کاهش می یابد زیرا در حین ترکیب با آب ، مواد مختلفی نظیر گاز دی اکسید کربن هم وارد ترکیب خواهد شد. اما در روش دوم که علمی و پیشرفته است ، از دستگاه هیدراتاسیون استفاده می شود که در شرایط کنترل شده ای آهک زنده را با بخار آب جوش مخلوط نموده و بالاترین کیفیت آهک شکفته شده را تولید می نماد. معادله واکنش تولید آهک هیدراته به این صورت است:

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

کاربرد و موارد مصرف هیدروکسید کلسیم

تصفیه آب

یکی از مهم ترین زمینه های کاربرد آهک هیدراته در تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب خروجی کارخانجات است. هیدروکسید کلسیم مزیت های زیادی در تصفیه آب و فاضلاب دارد که از آن جمله می توان این موارد را نام برد:

• حذف مواد ریز معلق در آب که باعث ایجاد کدری آب شده اند به دلیل خاصیت منعقد کنندگی
• تنظیم پی اچ و اسیدیته آب به حالت نرمال
• حذف برخی عناصر و یون های فلزی که موجب سختی آب می شوند
• به عنوان ماده ضد عفونی کننده در از بین بردن باکتری ها و عوامل بیماری زا

کشاورزی

با اینکه آهک یک کود کشاورزی نیست اما استفاده از آن در برخی شرایط لازم است. گاهی اوقات به دلیل بارش بیش از حد باران ، شسته شدن خاک در اثر آبیاری نا مناسب ، استفاده بیش از حد از کود های شیمیایی و یا بارش باران اسیدی (ترکیب آب باران با گاز دی اکسید کربن) ، خاک زمین کشاورزی اسیدی شده و امکان رویش گیاهان در آن وجود ندارد. در این صورت از آهک شکفته یا آهک خام برای تنظیم پی اچ خاک استفاده می شود. این مورد بخصوص برای برخی گیاهان قلیا دوست نظیر چمن بسیار حیاتی است.

ساخت و ساز

کاربرد گسترده انواع آهک در امور ساختمانی بر هیچکس پوشیده نیست. آهک هیدراته به دلیل چسب زیادی که پس از ترکیب با آب پیدا می کند ، برای تهیه ملات در ترکیب با سیمان و ماسه بکار می رود. همچنین از آن برای شفته ریزی دیوار ها یا ضد آب کردن کف استخر ها استفاده می شود. این ماده کاربرد زیادی در تولید مصالح ساختمانی همچون بتن ، بلوک سبک ، بلوک سیمانی ، آجر و … دارد.

در راه سازی هم از آهک استفاده های زیادی می شود. این محصول به دلیل نامحلول بودن در آب ، پس از خشک شدن می تواند بستر جاده را ضد آب کند و همچنین مانع از رشد گیاهان در بستر راه شود.

پرورش دام و طیور

آهک یک سنگ کلسیم دار است که کلسیم آن توسط بدن موجودات زنده قابل جذب است. از این محصول برای تهیه مکمل های خوراکی مورد مصرف در دامداری و پرورش طیور استفاده می شود. همچنین به دلیل خاصیت ضدعفونی کنندگی آن ، در گندزدایی سالن های پرورش و استبل ها بکار می رود.

ذوب آهن و تولید فولاد

نقش آهک هیدراته در فولادسازی به عنوان ماده منعقد کننده جهت تولید سرباره (slag) است. به دلیل وجود انواع ناخالصی ها بخصوص فسفر ، گوگرد و منگنز در سنگ آهن ، باید این مواد در پروسه تولید فولاد تا حد ممکن حذف شوند زیرا سبب ترد و شکننده شدن استیل خواهند شد. آهک در مراحل مختلف تولید فولاد نظیر کوره قوص الکتریکی ، کوره اکسیژنی و فرایند فولادسازی ثانویهه بکار می رود.

آسفالت

ترکیب آهک شکفته با مواد موجود در آسفالت سبب ایجاد پیوند قوی تر آن با قیر خواهد شد. همچنین به دلیل نامحلول بودن آهک ، هیدروکسید کلسیم از آسفالت در مقابل نفوذ آب و ترک خوردگی محافظت می نماید. از طرفی اگر پس از آسفالت ریزی ، بر روی آن پودر سنگ آهک ریخته شود ، به تقویت و استحکام اسفالت می افزاید. تولید کنندگان آسفالت معمولا بین نیم تا دو درصد وزنی به آن آهک اضافه می کنند.

دیگر مصارف هیدروکسید کلسیم

• تثبیت خاک های رسی و نرم
• در استخراج سنگ های معدنی مثل سرب و روی
• در تولید گندوله آهن
• سولفور زدایی از صنایع نفت و پتروشیمی
• دفن زباله های عفونی
• بازیابی اسید هیدروکلریک و الکل
• در دباغی و تولید چرم برای مو زدایی
• در صنایع کاغذ سازی به عنوان فیلر و کاستیک زدا
• در تولید پلاستر ، رنگ و رزین