آهک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
فارسیEnglish
یک معدن آهک در نروژ

آهک یا کلسیم اکسید با فرمول شیمیایی CaO یک ترکیب شیمیایی با شناسه پاب‌کم ۱۴۷۷۸ است؛ که جرم مولی آن ۵۶٬۰۷۷ g/mol است.[۱] یک ماده بی‌بو به رنگ سفید یا سفید خاکستری و به شکل جامد سخت است که پوست و چشم را به‌شدت دچار سوزش می‌کند.
از جمله موادی است که کارایی آن از دوران باستان، توسط بشر شناخته شده‌ است و از آن در ساخت انواع بناها و برای اتصال محکم‌تر قطعات سنگ یا چوب به‌کار گرفته می‌شد.

زمان درازی است که ایرانیان شفته آهکی (ملات دوغاب آهک و خاک)، ساروج (ملات دوغاب آهک و خاکستر) و ملات آهک آبی را می‌شناسند و با آن‌ها ساختمان می‌سازند. پس از جنگ جهانی دوم، در کشورهای صنعتی هم برای پایدارکردن زمین، به‌ویژه برای پی‌سازی راه و جلوگیری از روییدن گیاه و روزدن آب در بستر، شانه‌ها و دامنه‌های راه و باندهای پرواز و ایستگاه‌های هواپیما، شفته آهکی مصرف می‌شود. با شفته آهکی پی‌سازی و آب‌بندی می‌کنند.[۲]

جنس آهک[ویرایش]

جنس آهک بازاری (آهک زنده) بستگی به جسم‌های بیگانه در آن دارد. اگر سنگ آهک بیش از ۹۰درصد وزنش کربنات کلسیم داشته باشد، آهکی که از آن پخته شود آهک پرمایه و هرگاه کربنات کلسیم کمتر از ۷۵درصد وزنش باشد، آهکی که از آن پخته شود آهک کم‌مایه است.[۲]

آهک مرده و آب آهک[ویرایش]

هرگاه بر روی کلسیم اکسید (آهک زنده) آب ریخته شود، بر اثر واکنش با آب، گرما ایجاد می‌کند که موجب بخار شدن قسمتی از آب می‌شود. در این عمل، آهک بر اثر جذب آب، متورم شده و سپس به‌صورت گرد سفیدی درمی‌آید که دراصطلاح آهک مرده نامیده می‌شود (زیرا در تماس با آب، دیگر واکنشی از خود نشان نمی‌دهد). این عمل را شکفته‌شدن آهک نیز می‌گویند.

هرگاه مقداری آب به آهک مرده اضافه شود، به شیرآهک تبدیل می‌شود که اگر آن را صاف کنیم، محلول زلالی که در حقیقت محلول سیرشده کلسیم هیدروکسید در آب است، حاصل می‌شود که به آب آهک موسوم است. آب آهک کاربردهای بسیاری در صنایع شیمیایی دارد. برای نمونه در تهیه سدیم هیدروکسید، آمونیاک، هیدروکسید فلزات، پرکلرین و به‌ویژه در استخراج منیزیم از آب دریا به‌کار می‌رود.[۲]

ویژگی‌های آهک[ویرایش]

آهک سفید رنگ است که پس از پختن سنگ آهک به دست می‌آید. وزن ویژه آن ۳/۰۸ تا ۳/۳۰ g/cm³ می‌باشد که بستگی به درجه گرمای پختن سنگ آهک دارد که هر چه زیادتر شود، آهک پخته، کندتر با آب ترکیب می‌شود. در گرمای بیش از ۱۰۰۰ درجه، آهک اندکی جمع می‌شود و سطح رویه‌اش کمی کاهش می‌یابد، با آب به کندی ترکیب شده، شکفتن آن کند می‌گردد. آهک در گرمای ۲۵۸۰ تا ۲۷۵۰ درجه و فشار یک بار (اتمسفر) به حالت مایع تغییر فاز می‌دهد.

آهک بلوری به شکل مکعب بی‌رنگ با ته رنگ زرد است. درجه سختی آن به ۳ تا ۴ می‌رسد. آب به کندی از سطح آهک بلوری به درون آن نشست می‌کند. اگر گرد بلور آهک را در آب بریزند پس از چند دقیقه با حالت انفجاری مانندی با هم ترکیب می‌شود. هر گاه گرد آهک را در گرمای ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه نگاه دارند، دانه‌های آن به همدیگر می‌چسبند و بلور می‌گردند که کم‌کم دانه‌های بلور شده درشت می‌شوند.[۲] در عین حال آهک به عنوان یک تنظیم‌کننده اسیدی یا بازی بودن مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد در عین حال آهک به عنوان ضد عفونی‌کننده در مراکز پرورش دام و طیور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مصارف[ویرایش]

  • حرارت: زمانی که آب به آهک زنده اضافه شود، در طی فراینده هیدراته شدن از خود انرژی گرمایی آزاد می‌کند.
  • نور: هنگامی که آهک در حدود ۲۴۰۰ درجه سانتیگراد حرارت ببیند نوعی درخشش از خود ایجاد می‌کند. این تولید نور به نور آهک شهرت دارد و تا قبل از اختراع الکتریسیته کاربرد داشته‌است.
  • سیمان: اکسید کلسیم یکی از ضروری‌ترین اجزاء تولید سیمان می‌باشد.
  • بیو دیزل: در تولید سوخت زیستی به عنوان یک ماده قلیایی کاربرد دارد.
  • صنایع پتروشیمی: ترکیبی از آهک و فنولفتالین در منابع ذخیره آب پتروشیمی‌ها برای تشخیص pH آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  • کاغذ سازی: از اکسید کلسیم در صنایع کاغذسازی برای بازیافت هیدروکسید سدیم از کربنات سدیم استفاده می‌شود.
  • گچ: مردمان پیش از تاریخ از گچ پایه آهکی برای ساخت سرپناه استفاده می‌کردند که برخی از سازه‌های آن زمان هنوز پس از ۱۹ قرن همچنان پابرجا است.
  • صنایع شیمیایی: از اکسید کلسیم برای حذف دی‌اکسید گوگرد از اگزوز در فرآیندی معروف به «گوگردزدایی گاز دودکش» استفاده می‌شود.

در ایران باستان[ویرایش]

شناخت و استفاده از آهک در ایران از سه هزار سال پیش آغاز شده‌است. گورهای چمباتمه‌ای که در ناحیهٔ حسنلو پیدا شده دارای سه متر ژرفا بوده که از شفتهٔ آهک پر شده‌اند. تاریخ این تمدن به سده‌های هفتم و هشتم پیش از میلاد می‌رسد. کف کاخ‌های تخت جمشید نیز از ملاتی سرخ رنگ که در آن آهک به کار رفته بود، پوشیده شده‌است.[۲]

کوره‌های آهک‌پزی[ویرایش]

پختن آهک در قدیم در کوره‌هائی با طاقی از سنگ آهک و جایگاهی در زیر کوره صورت می‌گرفت. کوره را پر از سنگ آهک می‌نمودند و آنگاه سوخت را در آن قرار داده و چهار روز پشت سر هم به سنگ آهک گرما می‌دادند تا بپزد و آهک زودگیر به دست آید. از دیدگاه شیمیائی سنگ آهک که کربنات کلسیم است در اثر گرما به اکسید کلسیم تبدیل می‌شود.

کاربرد ملات آهک در ساختمان‌های سنگی و آجری به عنوان ملات و نیز در روکشی دیوارها از زمان اشکانیان معمول بوده‌است. بهره‌گیری از آهک در عصر ساسانیان نیز ادامه یافت.

مردمان قدیم ویژگی‌های شیمیائی و مکانیکی آهک و آمیزهٔ آن با دیگر مواد را خوب می‌شناختند. آنان با تجربه دریافته بودند که چگونه می‌توان با آمیختن خاک رس با آهک و دیگر مواد، مصالحی مقاوم و با ملات‌هائی غیرقابل نفوذ ساخت. سنگ آهک در کوره‌های نوشته شده در زیر می‌پزند:

  1. کوره تنوری: کوره تنوری (یا چاهی) قدیمی‌ترین نوع کوره آهک‌پزی در ایران است. در این کوره جای سنگ آهک و آتش ثابت است و درجهٔ گرما، در همه جای کوره یک اندازه نیست و جنس آهکی که در این کوره پخته شود همگن نیست. گذشته از این، هنگام سرد شدن آهک پخته، گرمای آن گم می‌گردد. این کوره برای آهک پزی کم به کار می‌آید.
  2. کورهٔ حلقه‌ای: برای آهک‌پزی کاربرد فراوانی دارد و روند کار آن مانند کوره آجر‌پزی است. در این کوره لاشه سنگ یا قلوه سنگ آهکی را با ۳۰٪ جای خالی می‌چینند، به گونه‌ای که شعله آتش از لای سنگ‌ها به بالا زبانه بکشد و همه سنگ‌ها شعله بخورند، گرم و داغ شده بپزند.
  3. کوره ایستاده: بیشتر برای تهیه آهک کارخانه‌ها، مانند کارخانه قند به کار می‌افتد. این کوره استوانه ایستاده‌ای است که از بالا بارگیری شده، از پایین آتش می‌شود. در این کوره خرده سنگ آهک می‌ریزند که هنگام سریدن به پایین کوره، می‌پزند و از ته کوره پایین می‌ریزند. گنجایش کوره‌های ایستاده روزانه تا ۱۵۰ تن است. در این کوره زغال سنگ، کک، سوخت مایع یا گازی می‌سوزانند، اگر به آهک زیاد نیاز باشد، آن را در کورهٔ حلقه‌ای یا کوره گردندهٔ خفته می‌پزند.
  4. کوره گردنده خفته: عملکرد آن مانند کوره سیمان پزی است اما گرمای آن شدید نیست، سنگ آهک کلوخه به کوره ریخته می‌شود و کلوخهٔ آهک زنده از کوره بیرون می‌ریزد. یا گرد سنگ آهک به کورهٔ، گردنده می‌ریزند و گرد آهک زنده از کوره بیرون می‌ریزد.[۲]

آهک شکفته[ویرایش]

آهک یا آهک زنده یا آهک آب ندیده یا آهک نشکفته، خیلی سریع با آب ترکیب می‌شود و آهک شکفته یا آهک آب دیده یا آهک کشته می‌گردد. آهک شکفته در گرمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار یک بار (اتمسفر)، آب شیمیایی خود را پس می‌دهد و به آهک زنده و آب تبدیل می‌شود. آهک زنده را به روش تر، یا خشک، یا با بخار آب شکفته می‌کنند.[۲]

آهک منیزیمی[ویرایش]

آهک منیزیمی حاوی بیش از ۵٪ منیزیم اکسید یا ۵٪-۳۵٪ منیزیم کربنات است. آهک دولومیتی نوعی آهک منیزیمی با بیش از ۳۵٪-۴۶٪ محتوای منیزیم می‌باشد. آهک نوع S که برای ترکیب با سیمان پرتلند جهت استفاده در امور ساختمان‌سازی استفاده می‌شود عموماً از نوع آهک منیزیمی است که تحت حرارت و فشار تولید شده و در ملات سیمان با آهک و گچ به کار می‌رود.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/14778#section=Top
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ ۲٫۳ ۲٫۴ ۲٫۵ ۲٫۶ حامی، احمد (۱۳۸۸). مصالح ساختمانی. انتشارات دانشگاه تهران.

پیوند به بیرون[ویرایش]

Limestone quarry in Brønnøy, Norway

Lime is a calcium-containing inorganic mineral composed primarily of oxides, and hydroxide, usually calcium oxide and/ or calcium hydroxide. It is also the name for calcium oxide which occurs as a product of coal-seam fires and in altered limestone xenoliths in volcanic ejecta.[1] The word lime originates with its earliest use as building mortar and has the sense of sticking or adhering.[2]

These materials are still used in large quantities as building and engineering materials (including limestone products, cement, concrete, and mortar), as chemical feedstocks, and for sugar refining, among other uses. Lime industries and the use of many of the resulting products date from prehistoric times in both the Old World and the New World. Lime is used extensively for wastewater treatment with ferrous sulfate.

The rocks and minerals from which these materials are derived, typically limestone or chalk, are composed primarily of calcium carbonate. They may be cut, crushed, or pulverized and chemically altered. Burning (calcination) of these minerals in a lime kiln converts them into the highly caustic material burnt lime, unslaked lime or quicklime (calcium oxide) and, through subsequent addition of water, into the less caustic (but still strongly alkaline) slaked lime or hydrated lime (calcium hydroxide, Ca(OH)2), the process of which is called slaking of lime.

When the term is encountered in an agricultural context, it usually refers to agricultural lime, which is usually crushed limestone, not a product of a lime kiln. Otherwise it most commonly means slaked lime, as the more dangerous form is usually described more specifically as quicklime or burnt lime.

Production

In the lime industry, limestone is a general term for rocks that contain 80% or more of calcium or magnesium carbonates, including marble, chalk, oolite, and marl. Further classification is by composition as high calcium, argillaceous (clayey), silicious, conglomerate, magnesian, dolomite, and other limestones.[3] Uncommon sources of lime include coral, sea shells, calcite and ankerite.

Limestone is extracted from quarries or mines. Part of the extracted stone, selected according to its chemical composition and optical granulometry, is calcinated at about 1,000 °C (1,830 °F) in different types of lime kilns to produce quicklime according to the reaction:

.

Before use, quicklime is hydrated, that is combined with water, called slaking, so hydrated lime is also known as slaked lime, and is produced according to the reaction:

.

Dry slaking is when quicklime is slaked with just enough water to hydrate the quicklime, but remain as a powder and is referred to as hydrated lime. In wet slaking, a slight excess of water is added to hydrate the quicklime to a form referred to as lime putty.

Because lime has an adhesive property with bricks and stones, it is often used as binding material in masonry works. It is also used in whitewashing as wall coat to adhere the whitewash onto the wall.

Cycle

The lime cycle for high-calcium lime

The process by which limestone (calcium carbonate) is converted to quicklime by heating, then to slaked lime by hydration, and naturally reverts to calcium carbonate by carbonation is called the lime cycle.[4] The conditions and compounds present during each step of the lime cycle have a strong influence of the end product,[5] thus the complex and varied physical nature of lime products.

An example is when slaked lime (calcium hydroxide) is mixed into a thick slurry with sand and water to form mortar for building purposes. When the masonry has been laid, the slaked lime in the mortar slowly begins to react with carbon dioxide to form calcium carbonate (limestone) according to the reaction:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O.

The carbon dioxide that takes part in this reaction is principally available in the air or dissolved in rainwater[6] so pure lime mortar will not recarbonate under water or inside a thick masonry wall.

The lime cycle for dolomitic and magnesium lime is not well understood[5] but more complex because the magnesium compounds also slake to periclase which slake more slowly than calcium oxide and when hydrated produce several other compounds thus these limes contain inclusions of portlandite, brucite, magnesite, and other magnesium hydroxycarbonate compounds. These magnesium compounds have very limited, contradictory research which questions whether they "...may be significantly reactive with acid rain, which could lead to the formation of magnesium sulfate salts."[7] Magnesium sulfate salts may damage the mortar when they dry and recrystalize due to expansion of the crystals as they form which is known as sulfate attack.

Building materials

Lime used in building materials is broadly classified as "pure", "hydraulic", and "poor" lime;[8] can be natural or artificial; and may be further identified by its magnesium content such as dolomitic or magnesium lime. Uses include lime mortar, lime plaster, lime render, lime-ash floors, tabby concrete, whitewash, silicate mineral paint, and limestone blocks which may be of many types. The qualities of the many types of processed lime affect how they are used. The Romans used two types of lime mortar to make Roman concrete, which allowed them to revolutionize architecture, sometimes called the Concrete revolution.

Lime has many complex qualities as a building product including workability which includes cohesion, adhesion, air content, water content, crystal shape, board-life, spreadability, and flowability; bond strength; comprehensive strength; setting time; sand-carrying capacity; hydrolocity; free lime content; vapor permeability; flexibility; and resistance to sulfates. These qualities are affected by many factors during each step of manufacturing and installation, including the original ingredients of the source of lime; added ingredients before and during firing including inclusion of compounds from the fuel exhaust; firing temperature and duration; method of slaking including a hot mix (quicklime added to sand and water to make mortar), dry slaking and wet slaking; ratio of the mixture with aggregates and water; the sizes and types of aggregate; contaminants in the mixing water; workmanship; and rate of drying during curing.[9]

Pure lime is also known as fat, rich, common, air, slaked, slack, pickling, hydrated, and high calcium lime. It consists primarily of calcium hydroxide which is derived by slaking quicklime (calcium oxide), and may contain up to 5% of other ingredients. Pure lime sets very slowly through contact with carbon dioxide in the air and moisture; it is not a hydraulic lime so it will not set under water. Pure lime is pure white and can be used for whitewash, plaster, and mortar. Pure lime is soluble in water containing carbonic acid, a natural, weak acid which is a solution of carbon dioxide in water and acid rain so it will slowly wash away, but this characteristic also produces autogenous or self-healing process where the dissolved lime can flow into cracks in the material and be redeposited, automatically repairing the crack.

Semi-hydraulic lime, also called partially hydraulic and grey lime, sets initially with water and then continues to set with air. This lime is similar to hydraulic lime but has less soluble silica (usually minimum 6%) and aluminates, and will set under water but will never harden.[10]

Hydraulic lime is also called water lime. Hydraulic lime contains lime with silica or alumina and sets with exposure to water and can set under water.[11] Natural hydraulic lime (NHL) is made from a limestone which naturally contains some clay. Artificial hydraulic lime is made by adding forms of silica or alumina such as clay to the limestone during firing, or by adding a pozzolana to pure lime.[10] Hydraulic limes are classified by their strength: feebly, moderately and eminently hydraulic lime. Feebly hydraulic lime contains 5-10% clay, slakes in minutes, and sets in about three weeks. It is used for less expensive work and in mild climates. Moderately hydraulic lime contains 11-20% clay, slakes in one to two hours, and sets in approximately one week. It is used for better quality work and exterior walls in freezing climates. Eminently hydraulic lime contains 21-30% clay, slakes very slowly, and sets in approximately a day. It is used in harsh environments such as damp locations and near saltwater. Hydraulic lime is off-white in color. "The degree of hydraulicity of mortars will affect many characteristics. By selecting an appropriate ratio of clay to limestone mortars that carbonate or set hydraulically to a varying extents can be designed for particular application requirements such as setting time, strength, colour, durability, frost resistance, workability, speed of set in the presence of water, vapour permeability etc."[11]

Poor lime is also known as lean or meager lime. Poor lime sets and cures very slowly and has weak bonding. Poor lime is grey in color.

Magnesium lime contains more than 5% magnesium oxide (BS 6100) or 5-35% magnesium carbonate (ASTM C 59-91).[12] Dolomitic lime has a high magnesium content of 35-46% magnesium carbonate (ASTM C 59-91).[12] Dolomitic lime is named for the Dolomite Mountains in the Italian and Austrian Alps.[13]

In the United States the most commonly used masonry lime is Type S hydrated lime which is intended to be added to Portland cement to improve plasticity, water retention and other qualities. The S in type S stands for special which distinguishes it from Type N hydrated lime where the N stands for normal. The special attributes of Type S are its "...ability to develop high, early plasticity and higher water retentivity and by a limitation on its unhydrated oxide content."[14] The term Type S originated in 1946 in ASTM C 207 Hydrated Lime for Masonry Purposes. Type S lime is almost always dolomitic lime, hydrated under heat and pressure in an autoclave, and used in mortar, render, stucco, and plaster. Type S lime is not considered reliable as a pure binder in mortar due to high burning temperatures during production.

Kankar lime, a lime made from kankar which is a form of calcium carbonate.

Selenitic lime, also known as Scotts' cement after Henry Young Darracott Scott is a cement of grey chalk or similar lime, such as in the Lias Group, with about 5% added gypsum plaster (calcined gypsum).[10] Selenite is a type of gypsum, but selenitic cement may be made using any form of sulfate or sulfuric acid.[15] Sulfate arrests slaking, causes the cement to set quickly and stronger.

Roman concrete

The Romans made concrete by mixing lime and volcanic ash to create a pozzolanic reaction. If this was mixed with volcanic tuff and placed under seawater, the seawater hydrated the lime in an exothermic reaction that solidified the mixture.[16]

See also

References

  1. ^ "Lime in Handbook of Mineralogy" (PDF). Retrieved 24 April 2017.
  2. ^ "Online Etymology Dictionary". Retrieved 24 April 2017.
  3. ^ Lazell, Ellis Warren. Hydrated lime; history, manufacture and uses in plaster, mortar, concrete; a manual for the architect, engineer, contractor and builders. Pittsburgh: Jackson-Remlinger Printing Co., 1915. 21. Print.
  4. ^ "The Lime Cycle". 27 October 2011. Retrieved 24 April 2017.
  5. ^ a b Krzysztof Kudłacz, "Phase Transitions Within the Lime Cycle: Implications in Heritage Conservation" Thesis. April, 2013. University of Granada.
  6. ^ British Lime Association
  7. ^ Heather Hartshorn, "Dolomitic Lime Mortars: Carbonation Complications and Susceptibility to Acidic Sulfates" Thesis. May 2012. Columbia University
  8. ^ Rajput, R. K.. Engineering Material: (Including Construction Materials). 3rd ed. New Delhi: S. Chand & Co. Ltd. 2006. 74. Print
  9. ^ "S. Pavia and S. Caro, "Petrographic Microscope Investigation of Mortar and Ceramic Technologies for the Conservation of the Built Heritage"". Retrieved 24 April 2017.
  10. ^ a b c Heath, A. H.. A manual on lime and cement, their treatment and use in construction.. London: E. & F.N. Spon;, 1893. 6. Print.
  11. ^ a b "John W Harrison, "Carbonating and Hydraulic Mortars - the difference is not only in the binder. Aggregates are also important."" (PDF). Retrieved 24 April 2017.
  12. ^ a b Hewlett, Peter C.. Leaʼs chemistry of cement and concrete. 4. ed. Amsterdam: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004. 27. Print.
  13. ^ Heather Hartshorn, "Dolomitic Lime Mortars: Carbonation Complications and Susceptibility to Acidic Sulfates" Thesis 2012 Columbia University
  14. ^ ASTM C 207 quoted in Margaret L. Thomson, "Why is Type S Hydrated Lime Special?". International Building Lime Symposium 2005. Orlando, Florida, March 9 -11, 2005
  15. ^ Smith, Percy Guillemard Llewellin. Notes on building construction: arranged to meet the requirements of the syllabus of the Science & Art Department of the Committee of Council on Education, South Kensington .... 2nd ed. London: Rivingtons, 1879. Print.
  16. ^ "Roman Seawater Concrete Holds the Secret to Cutting Carbon Emissions". Berkeley Lab. Retrieved 14 June 2013.

Further reading

External links