1. Calcinación. Concepto, objeto y fines<br />En sentido metalúrgico, calcinar una sustancia mineral es descomponerla térmicamente<br />(pirólisis) sin cambio de su estado y sin que, necesariamente, se produzca su reacción química con el aire o el gas de la atmósfera del reactor.<br />El fin de la calcinación es eliminar del mineral la materia estéril de naturaleza gaseosa, facilitando la posterior reducción o su asimilación por baños fundidos.<br />El fin gde Ia operación de preparación pirometalúrgica es eliminar del mineral Ia materia estéril de naturaleza gaseosa, facilitando la posterior reducción o su asimilación por baños fundidos. El CO2, y el H2O de composición, por su elevada capacidad calorífica y capacidad oxidante, enfrían la carga, queman carbón, y diluyen los gases de reacción aumentando el caudal a depurar. <br />La operación se aplica en la preparación de fundentes destinados a operaciones de alto nivel térmico en la producción de óxido de calcio o magnesio para su reducción en horno eléctrico a carburo cálcico y siliciuro cálcico, magnesio metal, etc., en la descomposición del hidrato de alúmina a alúmina para su aportación al baño de electrólisis ígnea del aluminio, y a los carbonatos de hierro como preparación previa a su sinterización. También tiene utilidad con otros fines complementarios de la metalurgia como la coquización de hullas, la grafitización de antracitas para electrodos, y la destilación de sulfuros, en especial de la pirita, para recuperar azufre lábil en forma de vapor.<br />La calcinación admite dos formas de ejecución: caústica, y a muerte; <br />La calcinación cáustica deriva de la causticidad o afinidad de los óxidos nacientes por el agua, se realiza a temperaturas próximas a las del equilibrio de descomposición, a presión ambiental, y con tiempos de residencia en el reactor ajustados a los necesarios.<br />La calcinación a muerte, se lleva a cabo con temperaturas y tiempos de residencia superiores. <br />Ambos sistemas afectan de manera diferente a la estructura cristalina del calcinado que, en el primer caso, queda amorfo o finamente granado y, en el segundo, gruesamente granado siendo el desarrollo de los cristales tanto mayor cuanto más alta haya sido la temperatura y el tiempo de exposición al calor. <br />Aplicaciones<br />La calcinación caústica se aplica fundamentalmente con fines metalirgicos, y Ia calcinación a muerte para preparar refractarios de magnesia y dolomía. La materia caustificada es poco coherente y se degrada por manipulación, y, como en el caso de Ia cal, se hidrata espontáneamente por absorción de la humedad ambiente, lo que dificulta su almacenamiento y transporte y aconseja uso lo más inmediato posible.<br />Modelo químico-físico de la calcinación<br />El modelo de calcinación de un carbonato puede expresarse por Ia siguiente reacción químico-física:<br />MeCO3(s) MeO (s) ± CO2(g) ; ΔH(T); ΔG(T)<br />La entalpía de calcinación a temperatura T, es la suma del calor de descomposición del carbonato en condiciones estándar de presión y temperatura, inverso al de formación dado en las tablas termoquímicas, y del calor sensible del sistema entre 298 y T (K), función de su calor específico medio: (Cp)S.<br />ΔH=ΔH°+ ∫298T(Cp)SdT<br />A su vez, la entalpía libre de la calcinación, a la temperatura: T y presión: p de CO2, vendrá dada por:<br />ΔG(T) = ΔG°(T) + RT ln p<br />Para la temperatura T, y la presión: Pe, de equilibrio, se tendrá:<br />ΔG°(T)+RT ln p = O<br />Por tanto, el potencial de calcinación de la atmósfera del reactor, caracterizado por los parámetros: (T,p), se expresará según:<br />ΔG(T)= RT ln (p/pe)<br />En la calcinación a presión atmosférica Ia presión: p es siempre inferior a 1 atm, y por lo tanto, a partir de la temperatura: T, para Ia cual la presión P es igual o superior a 1 atm, se garantizará la descomposición del carbonato. Dicha temperatura mínima de calcinación se obtiene por la expresión:<br />ΔG°(TC) = O<br />El equilibrio de calcinación para la familia de los carbonatos aparece representado en el diagrama de E-R, tomando como función de equilibrio la entalpía libre estándar: AG°(T), o la presión de equilibrio de calcinación: Pe.<br />La posición relativa de las líneas permite definir la aptitud relativa de calcinación de los diversos carbonatos metálicos y el orden de la entalpía de calcinación a 298 K. La mayor parte de los que tienen aplicación metalúrgica son carbonatos lábiles que se descomponen a presión atmosférica en estado sólido salvo los carbonatos alcalinos que son muy estables y tienen fusión congruente a relativamente baja temperatura.<br />La calcinación es una reacción heterogénea y endotérmica, con gasificación incompleta del sólido en reacción. El factor de control de la cinética de la reacción es Ia difusión del calor hacia el interior del grano, difícil por la naturaleza porosa del calcinado, requiriéndose un gradiente térmico pronunciado entre la superficie y el núcleo de la partícula con lo cual la temperatura real de calcinación debe ser superior a Ia teórica antes indicada en al menos 150 a 200°C y tanto mayor cuanto más grande sea el tamaño de los granos del mineral.<br />Ei tiempo de reacción completa de Ia partícula es también función del tamaño de la partícula y varía según una función del cuadrado de su diámetro esférico equivalente siendo por tanto más rápida la calcinación de partículas finas que las de gruesas y más próxima en las primeras la temperatura de calcinación a la de equilibrio <br />Modelo tecnológico de la calcinación<br />