Carbonatación

La carbonatación es una reacción química en la que el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato de calcio insoluble :

${\displaystyle {\ce {Ca(OH)2{+}CO2->CaCO3{+}H_2O}}}$

El proceso de formación de un carbonato a veces se denomina " carbonatación ", aunque este término generalmente se refiere al proceso de disolución de dióxido de carbono en agua.

La carbonatación es un proceso lento que ocurre en el hormigón donde la cal ( CaO , o Ca(OH) _{₂ ( aq )} ) del cemento reacciona con el dióxido de carbono (CO₂ ₎ del aire y forma carbonato de calcio.

El agua en los poros del hormigón de cemento Portland es normalmente alcalina, con un pH entre 12,5 y 13,5. Este entorno altamente alcalino es aquel en el que la armadura de acero se pasiva y queda protegida de la corrosión. Según el diagrama de Pourbaix para el hierro, el metal se vuelve pasivo cuando el pH es superior a 9,5. ^{[ 1 ]}

El dióxido de carbono del aire reacciona con el álcali del cemento, acidificando el agua de los poros y disminuyendo así el pH. El dióxido de carbono comienza a carbonatar el cemento del hormigón desde el momento de su fabricación. Este proceso de carbonatación se inicia en la superficie y avanza gradualmente hacia el interior del hormigón. La velocidad de carbonatación depende de la humedad relativa del hormigón; un 50 % es la humedad óptima. Si el objeto presenta grietas, el dióxido de carbono del aire penetrará con mayor facilidad en el hormigón.

Con el tiempo, esto puede provocar la corrosión de las barras de refuerzo y daños o fallos estructurales.

El proceso de carbonatación se utiliza en la producción de azúcar a partir de remolacha azucarera . Consiste en introducir agua de cal ( suspensión de hidróxido de calcio y leche de cal ) y dióxido de carbono enriquecido en el jugo crudo (el líquido rico en azúcar obtenido en la etapa de difusión del proceso) para formar carbonato de calcio y precipitar las impurezas, que posteriormente se eliminan. Todo el proceso se lleva a cabo en tanques de carbonatación y su duración varía entre 20 minutos y una hora.

La carbonatación conlleva los siguientes efectos:

• El aumento de la alcalinidad coagula las proteínas del zumo.
• El carbonato de calcio absorbe los colorantes.
• La alcalinidad destruye algunos azúcares monosacáridos , principalmente glucosa y fructosa.

El objetivo es obtener una partícula grande que se sedimente rápidamente, dejando un jugo claro. El jugo final tiene aproximadamente 15 °Bx y un 90 % de sacarosa . El pH del jugo resultante es un equilibrio entre la eliminación de la mayor cantidad de calcio posible de la solución y la disminución esperada del pH durante el procesamiento posterior. Si el jugo se acidifica durante la cristalización , la sacarosa se descompone rápidamente en glucosa y fructosa. La glucosa y la fructosa no solo afectan la cristalización, sino que también son " molasagénicas ", llevando cantidades equivalentes de sacarosa a la etapa de melaza.

El dióxido de carbono que burbujea a través de la mezcla forma carbonato de calcio. Los sólidos no azucarados se incorporan a las partículas de carbonato de calcio y se eliminan mediante sedimentación natural (o asistida) en tanques o clarificadores .

Existen varios sistemas de carbonatación, que reciben su nombre de las empresas que los desarrollaron inicialmente. Se diferencian en la forma de introducir la cal, la temperatura y la duración de cada etapa, y la separación de los sólidos del líquido.

• Dorr (también conocido como Dorr-Oliver ): un proceso continuo que utiliza dos tanques con recirculación ("primera carbonatación") para aumentar el tamaño de las partículas y favorecer la floculación natural . La proporción de recirculación es de aproximadamente 7:1. Las partículas se separan por gravedad en una etapa de espesamiento en un clarificador. El jugo clarificado se gasifica aún más en otro tanque ("segunda carbonatación") y se filtra. El lodo concentrado (flujo inferior) del clarificador se filtra y/o prensa para recuperar más líquido. El proceso Dorr requiere poco mantenimiento y mano de obra, pero es susceptible a problemas de filtración cuando se procesan remolachas dañadas por las heladas. Es el preferido en el Reino Unido y Estados Unidos.
• DDS ( Det Danske Sukkerfabrik - "La fábrica de azúcar danesa"): proceso multietapa que incluye un preencalado donde el pH del jugo se incrementa gradualmente para iniciar la precipitación de proteínas, seguido de la adición de más cal y gas CO₂ _. Las partículas se eliminan en cada etapa mediante filtración.
• RT ( Raffinerie Tirlemontoise - " Refinería de azúcar de Tienen ") - otro proceso multietapa con una etapa de precalado. Las partículas también se eliminan por filtración.

Tanto el proceso DDS como el RT son los preferidos por las fábricas europeas . El sistema de carbonatación generalmente se adapta al esquema de difusión ; el jugo proveniente de los difusores RT se procesa mediante la carbonatación RT.

El jugo transparente resultante de la carbonatación se conoce generalmente como "jugo ligero". Puede someterse a un ajuste de pH con carbonato de sodio y a la adición de azufre ("sulfitación") antes de la siguiente etapa, que es la concentración mediante evaporación de efecto múltiple.

La reacción de carbonatación tiene lugar durante el ablandamiento con cal (proceso de Clark) en el ablandamiento del agua .

• Reacción álcali-sílice
• Degradación del hormigón
• Fosfatación : un proceso similar al utilizado en el procesamiento de la caña de azúcar .

• Proceso del azúcar en el sitio web de Crystal Sugar
• Cómo se elabora el azúcar de remolacha
• Tecnología de procesamiento