Calce
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La calce è un materiale da costruzione (ma anche con altri utilizzi) noto fin dall'antichità.
La calce si presenta in due forme chimicamente distinte:
- La calce viva, ossido di calcio, CaO, fortemente igroscopica
- La calce spenta, idrossido di calcio, Ca(OH)2
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[modifica] Storia
Già i Romani ed i Fenici prima avevano imparato ad usare la calce come materiale da costruzione, mescolata con la sabbia a formare la malta. Inizialmente adoperata nella forma di calce aerea (che indurisce solo se a contatto con aria) venne successivamente mischiata con pezzi di argilla cotta (vasellame, mattoni ecc.) oppure a pozzolana, una sabbia ricca di silice, che ne alterano le caratteristiche di resistenza, impermeabilità e soprattutto ne consentono la presa anche in ambienti non a contatto con aria (tipicamente sott'acqua). Nascevano così le malte idrauliche, sebbene a base di calce aerea.
Nel 1850 l'inglese John Smeaton scopriva che alcune marne calcaree contengono al loro interno impurità argillose o silicee; da questi minerali si può ottenere la calce idraulica naturale in quanto contiene già le caratteristiche di idraulicità senza l'aggiunta di parti esterne.
Vitruvio, nella sua opera De architectura ne descrive la produzione a partire da pietre bianche, cotte in appositi forni dove perdono peso (oggi sappiamo in conseguenza della liberazione di anidride carbonica). Il materiale ottenuto, la calce viva, era poi spenta gettandola in apposite vasche piene di acqua.
[modifica] Preparazione
La materia prima per la produzione della calce è il calcare, una roccia sedimentaria ricca di carbonato di calcio (CaCO3) che viene estratta da apposite cave. Le Dolomiti sono storicamente e geologicamente ricche in questo senso. Può essere usato anche marmo o altri minerali.
Il materiale, grossolanamente frantumato con diametro dei frammenti nell'ordine dei centimetri o anche di un paio di decimetri, è introdotto in appositi forni o fornaci dove viene riscaldato gradualmente a 800-1.000°C per poi uscire dal fondo della fornace nell'arco di una decina di ore. In questa fase avviene una reazione chimica (reazione di calcinazione) che porta alla liberazione di anidride carbonica e alla produzione dell'ossido di calcio o calce viva:
Dopo la cottura i frammenti di pietra riducono il loro peso di circa il 40% a causa degli atomi di carbonio e ossigeno perduti, ed assumono una consistenza porosa. Inoltre il comune colore grigio del calcare viene perso e le pietre diventano per lo più bianche. Esse costituiscono la calce viva che commercializzata così com'è oppure ridotta in polvere, deve essere conservata in recipienti perfettamente ermetici, poiché è molto igroscopica.
Per ottenere la calce definitiva, o calce spenta, il materiale deve subire la reazione di spegnimento:
associata a due effetti macroscopici evidenti. Un violento rilascio di calore e la disgregazione della pietra per l'effetto espansivo della trasformazione da ossido ad idrossido di calcio. Lo spegnimento può essere condotto in due maniere differenti, per aspersione o per immersione. Nel primo caso di ricorre ad un impianto di spegnimento relativamente complesso che prevede: una prima frantumazione dell'ossido in pietre di dimensione millimetrica, il trasferimento dei frammenti su un nastro trasportatore su cui avviene il vero e proprio spegnimento, mediante spruzzatori che distribuiscono l'acqua su tutta la sezione in modo da bagnare uniformemente le pietre, che si frantumano ulteriormente per la reazione. Dopo la reazione si ottiene una polvere fine detta appunto calce idrata in polvere che viene suddivisa in base alla finezza. E' infatti possibile commercializzare la calce idrata in due forme diverse come fiore di calce, di maggiore pregio e costo con specifiche tecniche restrittive descritte da una specifica norma UNI, o come calce da costruzione, di minor pregio e finezza. Lo spegnimento per immersione avviene invece quando le zolle di calce viva vengono gettate in una vasca piena d'acqua. In genere questo tipo di spegnimento avviene in due passaggi, con una prima vasca di spegnimento e il successivo passaggio nelle vasche di stagionatura, dentro le quali si ha la formazione della pasta detta "grassello di calce". Nelle vasche di stagionatura è essenziale la presenza di un film d'acqua di qualche centimetro sopra alla massa plastica che garantisce che l'idrossido di calcio non reagirà con l'anidride carbonica dell'aria. Un altro metodo di produzione del grassello prevede di ottenere la pasta per successiva idratazione della calce idrata in polvere ottenuta dall'impianto di spegnimento per aspersione. Questa metodologia di produzione porta ad un grassello di qualità inferiore rispetto a quello ottenibile per immersione e lunga stagionatura. La sospensione bianca che "galleggia" sopra il grassello è a volte venduta come latte di calce. La calce idraulica è preparata a partire da roccia calcarea impura, che presenta un certo tenore, dal 6 al 22%, di argille o altri alluminosilicati idrati.
Il nome deriva dal fatto che, differenza della calce normale, è in grado di fare indurimento anche non a contatto con l'aria.
[modifica] Carbonatazione
La presa inizia con l'asportazione dell'acqua e la successiva essiccazione. Ciò la rende inutilizzabile per le applicazioni a contatto con l'acqua (ponti, moli), ma la rende preferibile al cemento dove l'essiccazione avvenga rapidamente, come nell'applicazione di intonaci. Il cemento infatti non dovrebbe asciugare prima che sia terminata la fase di presa.
Una volta che la calce si è essiccata, a contatto con l'anidride carbonica presente nell'atmosfera inizia un lento processo che la trasforma in calcare (carbonatazione), il composto originario dal quale è stata prodotta. La reazione è:
Anche se la reazione precedente è corretta dal punto di vista formale, la reazione reale è più complessa. Osservando la precedente reazione infatti, il processo sembrerebbe avvenire tra un solido Ca(OH)2 e un gas CO2, mentre in realtà la reazione avviene in fase acquosa grazie all'acqua di impasto della calce.
L'idrossido di calcio infatti si scioglie in acqua, grazie ad una buona solubilità, l'anidride carbonica si scioglie anch'essa in acqua, formando una specie indicata come acido carbonico H2CO3, da cui per reazione acido base si forma un sale poco solubile, ovvero il carbonato di calcio. La forma corretta è dunque:
[modifica] Impieghi
La calce viva è usata:
- per trattare le acque per ridurre l'acidità
- nella depurazione per rimuovere i fosfati ed altre impurità (flocculante) e per desolforizzare i gas di scarico
- nella fabbricazione della carta per dissolvere le fibre di legno
- come candeggiante e sbiancante
- per disinfettare ambienti
- in agricoltura per correggere i terreni acidi
- in chimica è usato per purificare l'acido citrico ed il glucosio, come essiccante e assorbitore di anidride carbonica
La calce spenta è usata:
- come materiale da costruzione unita alla sabbia (stabilitura)
- come rivestimento murale impermeabile utilizzato sia in interni che in esterni (Tadelakt)
- mescolato al cemento per produrre una malta plastica adatta per gli intonaci
- nella concia delle pelli
- nell'industria petrolchimica per produrre additivi per lubrificanti
- per la produzione dello stereato di calcio
- per la neutralizzazione e l'assorbimento di inquinanti
- per il trattamento dell'acqua usata nell'industria alimentare
- per correggere l'acidità dei terreni
- in agricoltura, unita al solfato di rame è usato come anticrittogamico (miscela bordolese)
- nell'industria farmaceutica per preparare sali di calcio e magnesio
- in odontoiatria come medicamento nei sottofondi e nell'endodonzia
[modifica] Sicurezza
La calce, e particolarmente quella viva, presentano una forte alcalinità e causticità. Il contatto con la pelle con l'ossido anidro può provocare gravi ustioni come avviene con la soda caustica. Il contatto con poca acqua (non sufficiente ad assorbire il calore prodotto) può provocare una violenta ebollizione e la proiezione di schizzi caustici e bollenti. Per questi motivi è importante utilizzare una tuta sicuramente impermeabile,guanti di qualità ed occhiali protettivi quando si maneggi la calce, sia solida che in soluzione, sia la malta di calce.
L'ingestione di idrossido di calcio può provocare gravi sintomi, tra cui difficoltà respiratoria, emorragie gastrointestinali, ipotensione e pericolose alterazioni nel pH del sangue.
