آهک چیست؟
آهک یکی از مواد شیمیایی همه کاره است که دارای کاربردهای فراوانی بوده و در تولید محصولات متعددی، نقش اساسی دارد. این ماده که با نام کلسیم اکسید (CaO) نیز شناخته می شود، از طریق رسوبات طبیعی و با کیفیت بالای سنگ آهک یا همان کربنات کلسیم (CaCO3) به دست می آید. سنگ آهک یکی از سنگ رسوبی است که در میلیون ها سال پیش و در اثر انباشته شدن صدف ها، مرجان ها، جلبک ها و سایر موجودات زنده اقیانوسی، تشکل شده و در نقاط مختلف کره زمین یافت می هنگامی که سنگ آهک در معرض حرارت شدید قرار گیرد، می تواند از طریق واکنش های شیمیایی، کلسیم اکسید یا آهک تولید کند.
آهک، با نام های دیگری از جمله آهک خام (quicklime)، کلسیم اکسید (calcium oxide)، آهک با کلسیم بالا یا آهک دولومیتی (dolomitic) نیز شناخته می شود که البته همگی به یک ماده واحد، یعنی آهک اشاره دارند. آهک دولومیتی حاوی اکسید منیزیم (MgO) است که از حضور کربنات منیزیم (MgCO3) در سنگ آهک دولومیتی به دست می آید و می توان آن را کربنات کلسیم تقریبا خالص دانست. در اوایل قرن پانزدهم، اغلب از اروپاییان، از آهک، در ساخت و ساز ساختمان ها استفاده می کردند. جوزف بلک (Joseph Black)، شیمیدان اسکاتلندی، برخی از اولین مطالعات علمی را درباره آهک انجام داد و دریافت که قرار گرفتن آهک در معرض هوا، آن را با دی اکسید کربن ترکیب کرده و کربنات کلسیم تولید می کند.
خواص و ویژگی های آهک
گفتیم که آهک یک ترکیب شیمیایی با فرمول CaO است که از سنگ آهک حاصل می شود. این ماده، بدون بو و بی شکل است و به صورت جامد کریستالی یا پودری، در دسترس می باشد. آهک خالص، پودری به رنگ سفید یا خاکستری است که در حضور ناخالصی هایی مانند آهن، منیزیم، سیلیس یا آلومینیوم، به رنگ زرد یا قهوه ای تغییر رنگ کی دهد. همچنین می تواند در رنگ های قرمز و قهوه ای تیره نیز وجود داشته باشد.
عناصر اولیه اصلی تشکیل دهنده آهک، کلسیم و اکسیژن اند که از طریق حرارت دادن به سنگ آهک در کوره، در دمای ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد، تهیه می شود و آن را تبدیل به اکسید و دی اکسید کربن می کند:
CaCO₃ → CaO + CO₂
باید توجه داشت که واژه آهک (lime) که به شکل گسترده استفاده می شود، اشاره به کلیه مواد معدنی حاوی کلسیم دارد که می توانند همچنین حاوی اکسیدها و هیدروکسید کلسیم،هیدروکسید منیزیم،هیدروکسید آلومینیوم، سیلیکون و آهن نیز باشند. اما آهک خالص (quicklime)، تنها به ترکیب شیمیایی منفرد کلسیم اکسید، اشاره دارد. به همین سبب آهک تجاری (محصولی که به عنوان در بازار وجود دارد)، اغلب حاوی ناخالصی است.
روش تولید آهک
همانگونه که اشاره کردیم، آهک از طریق تجزیه سنگ آهک تهیه می شود. اما این بدین معنا نیست که از همه سنگ آهک های موجود در زمین، می توان آهک استخراج کرد. به همنی منظور پیش از استخراج سنگ آهک، باید آنالیزهای زمین شناسی و شیمیایی صورت گیرد تا بتوان تشخصی داد که آیا سنگ آهک مورد نظر، برای تولید آهک قابل قبول است یا خیر. سنگ آهکی که نتواند الزامات ترکیب شیمیایی را برآورده سازد، گرچه می تواند به عنوان سنگدانه و یا پرکننده در برخی صنایع مورد استفاده قرار گیرد، اما مناسب تهیه آهک نیست. در نتیجه تنها سنگ آهکی که قابل قبول تلقی گردد، از زمین استخراج می شود. پس از استخراج سنگ آهک تایید دشده، به منظور تهیه محصول نهایی مطلوب تر، باید خرد شده و به اندازه های یکنواختی تبدیل گردد.
سپس سنگ های خرد شده، وارد کوره شده و در آنجا کلسینه می شوند. بدنی معنا که در دمای ۲۰۰۰ درجه فارنهایت، پخته می شوند و این دقیقا همان حرارتی است که سنگ آهک را به آزاد کردن دی اکسید کربن و در نتیجه تولید آهک وا می دارد. آهنک تولید شده، به روش های مختلفی قابل ذخیره سازی است و آن ار می توان در سیلوها، واحدهای ذخیره سازی قابل حمل به نام PIGS، قیف ها، گونی های محکم یا کیسه های ۴۰# و ۸۰# ذخیره کرد. این بسته بندی بندی باید به نحوی باشد که محصول از مجاورت با هوا و آب دور نگه داشته شود. زیرا می تواند با آن ها واکنش نشان دهد.
موارد استفاده و کاربرد های آهک
مصریان باستان، حدود ۴۰۰۰ سال پیش از میلاد، از ترکیب آهک خالص با آب، به عنوان مصالح ساختمانی در ساخت اهرام، استفاده می کرده اند. امروزه نیز آهک خالص، یک ترکیب شیمیایی پرکاربرد محسوب می شود. این ماده به عنوان یکی از ترکیبات اساسی در زندگی روزمره، منجر به سالم تر شدن آب آشامیدنی، پاک سازی هوا، خلوص فولاد و استحکام پروژه های ساختمانی شده است. همچنین در تولید شیشه، کاغذ، در کشاورزی، برخی فرآیندهای شیمیایی، تهیه گچ، ملات و سایر مصالح ساختمانی نیز کاربرد دارد.
استفاده از آهک در مصالح ساختمانی، می توانند خاک های مرطوب را خشک کرده و عمر و بهره وری آن ها را افزایش دهد. آهک هچنین در زمینه های زیست محیطی، می تواند جریان های زباله های خطرناک و غیرخطرناک را خشک، جامد و ثابت کرده و آسیب آن ها را از محیط دفع کند. همچنین می تواند با تنظیم pH به منظور گرفتن فلزات سنگین، حلالیت را کاهش دهد.
یکی از مصارف جدید و به روز آهک، به عنوان گرمازا است. هنگامی که ۶.۸ پوند یا ۳.۱ کیلوگرم آهک خالص با یک لیتر آب ترکیب گردد، هیدروکسید کلسیم و ۳.۵۴ مگا ژول انرژی تولید می کند. از انرژی حاصل از این فرآیند، می توان در تهیه منبع گرمای قابل حمل، مانند گرم کردن فوری غذا در قوطی های خود گرم شونده، گرم کردن آب و پخت و پز بدون شعله و… استفاده کرد. این روش گرمایش توسط برخی از شرکت هایی که در زمینه فروش کیت های پخت و پز فعالیت می کنند، استفاده می گردد.
آهک خالص این قابلیت را دارد که تا دمای ۴۳۵۰ درجه فارنهایت یا ۲۴۰۰ درجه سانتیگراد گرم شود و در این شرایط، درخشش شدیدی از خود ساطع می کند. این درخشش که نور برجسته نامیده می شود، پیش از اختراع چراغ های الکترونیکی، در سالن های نمایش بسیار مورد استفاده بود.
۱۳ کاربرد مهم آهگ
- در تولید فولاد اولیه
- در تولید سیمان
- در صنعت نفت و به منظور تشخیص خلوص مشتقات نفتی
- در تولید کاغذ
- در تولید گچ
- در گوگرد زدایی
- در استخراج معادن به منظور شکست سنگ ها
- تجزیه لاشه ها و اجساد
- تولید گرما
- تولید نور
- در صنعت پرورش میگو
- به عنوان سلاح شیمیایی
- در تصفیه آب ها و هوا
نکات ایمنی در مصرف آهک
مثل هر ماده شیمیایی دیگری، آهک نیز، می تواند در کنار مزایایش، مضرراتی نیز داشته باشد. تماس مستقیم آهک با پوست و چشم می تواند عوارض و خطراتی را در بر داشته باشد. مانند:
سوزش چشم:
در هنگام کار با آهک و مشتقات آن، باید از عینک ایمنی استفاده شود، زیرا گرد و غبار ناشی از آن می تواند منجر به تحریک چشم، قرمزی، آبریزش و تاری دید آن گردد.
تحریک پوست:
آهک در معرض رطوبت یا هوای آزاد، می تواند واکنش شیمیایی نشان داده و منجر به ایجاد سوختگی در تحریک پوست گردد. در نتیجه هنگام استفاده از آن، پوشیدن دستکش و لباس مناسب ضروری است.
تحریک تنفسی:
گرد و غبار ناشی از آهک، می تواند دستگاه تنفسی را تحریک کرده و منجر به بروز تنگی نفس، سرفه و احساس خفگی شود. در هنگام کار با محصولات آهکی، استفاده از ماسک نیز الزامی می باشد.