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氧化钙

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氧化钙(CaO)，俗称生石灰或锻石灰，是一种广泛使用的化合物。在室温下，它是一种白色、腐蚀性、碱性的结晶固体。广泛使用的“石灰”一词表示含钙无机材料，其中以钙、硅、镁、铝和铁的碳酸盐、氧化物和氢氧化物为主。相比之下，生石灰一词特别适用于表示单一的氧化钙。在水泥等建筑产品中经过加工而不发生反应的氧化钙被称为游离石灰。[1]

生石灰相对便宜。它和一种化学衍生物(氢氧化钙，其中生石灰是碱酐)都是重要的商用化学品。

1 制备编辑

氧化钙通常是由含有碳酸钙(CaCO3；方解石矿)的石灰石或贝壳在石灰窑中热分解制得的。这种方法是通过将材料加热到825摄氏度(1517华氏度)以上来实现的，[2]这个过程叫做煅烧或石灰燃烧，过程中释放出一分子二氧化碳(CO2)，留下生石灰。

CaCO 3(s) → CaO(s) + CO 2(g)

生石灰不稳定，除非用水熟化凝固成石灰膏或石灰砂浆，否则当它冷却时，会自发地与空气中的CO2反应，直到足够长的时间后，它将完全转化回碳酸钙。

生石灰的年全球产量约为2.83亿吨。中国目前是世界上最大的生石灰生产国，每年总产量约为1.7亿吨。美国是第二大生石灰生产国，每年约2000万吨。[3]

每制备1.0吨生石灰需要大约1.8吨石灰石。生石灰对水有很高的亲和力，是比硅胶更有效的干燥剂。生石灰与水的反应会导致其体积至少增加2.5倍。

2 应用编辑

生石灰的熟化可以用作演示强放热反应。将水滴加入生石灰块中过一会儿就会发生明显的放热反应(“石灰熟化”)。温度可以达到300摄氏度(572华氏度)。

  • 生石灰的主要用途是在碱性氧气炼钢工艺中。炼每吨钢的生石灰使用量从30公斤到50公斤不等。生石灰能够中和酸性氧化物二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁，产生碱性熔渣。[4]
  • 磨细生石灰可用于生产加气混凝土砌块，其密度约为0.6–1.0g/cm3(9.8–16.4g/cu in)。[4]
  • 生石灰和熟石灰可以显著提高含粘土土壤的承载能力。它们通过与细分的二氧化硅和氧化铝反应生成具有凝胶性能的硅酸钙和铝酸钙来实现这一点。[4]
  • 少量生石灰用于其他工艺中；例如玻璃、铝酸钙水泥和有机化学品的生产。[4]
  • 产生热量:生石灰通过水合物氢氧化钙的形成释放热能，公式如下：[4]

CaO (s) + H 2O (l) ⇌ Ca(OH) 2 (aq) (ΔH r = −63.7 kJ/mol of CaO)
当氧化钙水合时，产生放热反应，固体膨胀。通过加热将水除去至颜色发红来逆转水合反，水合物可以重新转化为生石灰。一升水与大约3.1千克(6.8磅)生石灰混合，产生氢氧化钙和3.54兆焦耳的能量。该过程可用于提供方便的便携式热源，例如在自加热罐中加热食物、烹饪和烧热水时可不需要明火。有几家公司出售使用这种加热方法的烹饪用具。  [5]

  • 氧化钙是联合国粮农组织认可的一种食品添加剂，可作为酸度调节剂、面粉处理剂和发酵剂。[6]它的E号码为E529。
  • 发光:当生石灰被加热到2400摄氏度(4350华氏度)时，它会发出强烈的光。这种照明形式被称为聚光灯照明，在电灯发明之前，这种方式被广泛用于戏剧制作。[7]
  • 生产水泥：氧化钙是制造水泥的关键成分。
  • 作为一种成本低且天然丰度高的碱。生石灰生产总量的50%左右在使用前转化为氢氧化钙。生石灰和熟石灰都用于饮用水的处理。[4]
  • 石油工业:水检测膏含有氧化钙和酚酞的混合物。如果这种检测膏与燃料储罐中的水接触，氧化钙会与水反应生成氢氧化钙。氢氧化钙的pH值足够高，能够使酚酞变成鲜艳的紫粉色，从而表明有水存在。
  • 造纸:在硫酸盐浆厂的化学回收中，氧化钙用来从碳酸钠中再生氢氧化钠。
  • 灰泥：考古证据表明，新石器时代前的陶器时代B人类使用石灰石为基础的灰泥作为地板和其他用途。[8][9][10] 这种石灰渣地板一直使用到十九世纪末。
  • 化学或电力生产:固体喷雾或氧化钙浆液可以用来去除废气流中的二氧化硫，这一过程称为烟气脱硫。
  • 采矿:压缩石灰筒利用生石灰的放热特性来破碎岩石。用通常的方法在岩石上钻一个弹孔，将一个密封的生石灰筒放入其中并捣固。然后将一定量的水注入弹药筒，由此产生的蒸汽释放以及更大体积的残余水合固体能够破碎岩石。如果岩石特别坚硬，这种方法则行不通。[11][12][13]
  • 尸体的处理:历史上，人们认为生石灰能有效加速尸体的分解。这是非常错误的，使用生石灰甚至可以促进尸体的保存；虽然生石灰可以帮助消除腐烂的恶臭，但这可能导致人们认为它是实际被食用的肉。[14]

2.1 武器

公元前80年，罗马将军塞托里斯部署了令人窒息的苛性石灰粉末云，打败了躲在难以接近的洞穴中的伊斯帕尼亚人的克罗蒂尼。[15]公元178年，中国也曾使用过类似的尘土来镇压农民的武装起义，当时是使用装备风箱的石灰战车将石灰石粉吹入人群。[16]

生石灰也被认为是希腊火的组成部分。与水接触后，生石灰会使其温度升高到150摄氏度(302华氏度)以上，并点燃燃料。[17]

大卫·休谟在他的《英格兰历史》中叙述说，在亨利三世统治初期，英国海军用生石灰致敌舰队失明，从而摧毁了入侵的法国舰队。[18]生石灰也可能被用在了中世纪海战——有史料这样写道：直到使用“石灰砂浆”向敌舰投掷。[19]

3 安全性编辑

由于生石灰能够与水强烈反应，当吸入或接触潮湿的皮肤或眼睛时，生石灰会引起严重的刺激。吸入生石灰可能导致咳嗽、打喷嚏、呼吸困难。然后可能演变成烧伤，伴有鼻中隔穿孔、腹痛、恶心和呕吐。尽管生石灰不被认为是火灾隐患，但它与水的反应会释放出足够的热量来点燃可燃物质。[20]

参考文献

  • [1]

    ^"free lime". DictionaryOfConstruction.com..

  • [2]

    ^Merck Index of Chemicals and Drugs, 9th edition monograph 1650.

  • [3]

    ^Miller, M. Michael (2007). "Lime". Minerals Yearbook (PDF). U.S. Geological Survey. p. 43.13..

  • [4]

    ^Tony Oates (2007), "Lime and Limestone", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (7th ed.), Wiley, pp. 1–32, doi:10.1002/14356007.a15_317, ISBN 3527306730.

  • [5]

    ^Gretton, Lel. "Lime power for cooking - medieval pots to 21st century cans". Old & Interesting. Retrieved 13 February 2018..

  • [6]

    ^"Compound Summary for CID 14778 - Calcium Oxide". PubChem..

  • [7]

    ^Gray, Theodore (September 2007). "Limelight in the Limelight". Popular Science: 84..

  • [8]

    ^Neolithic man: The first lumberjack?. Phys.org (August 9, 2012). Retrieved on 2013-01-22..

  • [9]

    ^Karkanas, P.; Stratouli, G. (2011). "Neolithic Lime Plastered Floors in Drakaina Cave, Kephalonia Island, Western Greece: Evidence of the Significance of the Site". The Annual of the British School at Athens. 103: 27. doi:10.1017/S006824540000006X..

  • [10]

    ^Connelly, Ashley Nicole (May 2012) Analysis and Interpretation of Neolithic Near Eastern Mortuary Rituals from a Community-Based Perspective. Baylor University Thesis, Texas.

  • [11]

    ^Walker, Thomas A (1888). The Severn Tunnel Its Construction and Difficulties. London: Richard Bentley and Son. p. 92..

  • [12]

    ^"Scientific and Industrial Notes". Manchester Times. Manchester, England: 8. 13 May 1882..

  • [13]

    ^US Patent 255042, 14 March 1882.

  • [14]

    ^Empty citation (help).

  • [15]

    ^Plutarch, "Sertorius 17.1–7", Parallel Lives..

  • [16]

    ^Adrienne Mayor (2005), "Ancient Warfare and Toxicology", in Philip Wexler, Encyclopedia of Toxicology, 4 (2nd ed.), Elsevier, pp. 117–121, ISBN 0-12-745354-7.

  • [17]

    ^Croddy, Eric (2002). Chemical and biological warfare: a comprehensive survey for the concerned citizen. Springer. p. 128. ISBN 0-387-95076-1..

  • [18]

    ^David Hume (1756). History of England. I..

  • [19]

    ^Sayers W. The Use of Quicklime in Medieval Naval Warfare // The Mariner's Mirror. - Volume 92 (2006). - Issue 3. - PP. 262-269..

  • [20]

    ^CaO MSDS. hazard.com.

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