La cal es un material inorgánico compuesto principalmente de óxidos e hidróxidos de calcio , generalmente óxido y/o hidróxido de calcio . También es el nombre del óxido de calcio que se produce como producto de incendios de vetas de carbón y en xenolitos de piedra caliza alterados en eyecciones volcánicas. [1] La Asociación Mineralógica Internacional reconoce la cal como un mineral con la fórmula química de CaO. [2] La palabra cal se origina en su uso más antiguo como mortero de construcción y tiene el sentido de pegar o adherir . [3]
Estos materiales todavía se utilizan en grandes cantidades como materiales de construcción y de ingeniería (incluidos productos de piedra caliza, cemento , hormigón y mortero ), como materias primas químicas y para refinar el azúcar , entre otros usos. Las industrias de la cal y el uso de muchos de los productos resultantes datan de tiempos prehistóricos tanto en el Viejo como en el Nuevo Mundo. [ cita requerida ] La cal se usa ampliamente para el tratamiento de aguas residuales con sulfato ferroso .
Las rocas y minerales de los que se derivan estos materiales, típicamente piedra caliza o creta , están compuestos principalmente de carbonato de calcio . Pueden cortarse, triturarse o pulverizarse y alterarse químicamente. La quema ( calcinación ) de carbonato de calcio en un horno de cal por encima de 900 °C (1650 °F) [4] lo convierte en cal quemada , cal viva o cal viva ( óxido de calcio ), un material altamente cáustico y, mediante la posterior adición de agua, en la cal apagada o cal hidratada ( hidróxido de calcio , Ca(OH) 2 ), menos cáustica (pero aún fuertemente alcalina ) , cuyo proceso se denomina apagado de la cal .
Cuando el término se encuentra en un contexto agrícola, suele referirse a la cal agrícola , que hoy en día suele ser piedra caliza triturada, no un producto de un horno de cal. De lo contrario, lo más común es que se trate de cal apagada , ya que la forma más peligrosa suele describirse más específicamente como cal viva o cal quemada .
En la industria de la cal, piedra caliza es un término general para las rocas que contienen 80 % o más de carbonato de calcio o magnesio , incluidos el mármol , la tiza , la oolita y la marga . Se realiza una clasificación adicional por composición como calizas con alto contenido de calcio, arcillosas , silícicas , conglomeradas , magnesianas , dolomitas y otras . [5] Las fuentes poco comunes de cal incluyen coral, conchas marinas, calcita y ankerita .
La piedra caliza se extrae de canteras o minas . Parte de la piedra extraída, seleccionada según su composición química y granulometría óptica , se calcina a unos 900 °C (1650 °F) en hornos de cal para producir cal viva según la reacción: [6]
Antes de su uso, la cal viva se hidrata , es decir se combina con agua, lo que se llama apagado, por lo que la cal hidratada también se conoce como cal apagada , y se produce según la reacción:
El apagado en seco consiste en apagar la cal viva con suficiente agua para hidratarla, pero para mantenerla en polvo; se le conoce como cal hidratada. En el apagado húmedo , se agrega un ligero exceso de agua para hidratar la cal viva hasta obtener una forma denominada masilla de cal.
Debido a que la cal tiene propiedades adhesivas con ladrillos y piedras, a menudo se utiliza como mortero aglutinante en trabajos de albañilería. También se utiliza en el blanqueo como revestimiento de paredes para permitir que la cal se adhiera a la pared.
El proceso mediante el cual la piedra caliza (carbonato de calcio) se convierte en cal viva mediante calentamiento, luego en cal apagada mediante hidratación y, naturalmente, vuelve a carbonato de calcio mediante carbonatación se denomina ciclo de la cal . [7] Las condiciones y compuestos presentes durante cada paso del ciclo de la cal tienen una fuerte influencia en el producto final, [8] de ahí la naturaleza física compleja y variada de los productos de la cal.
Un ejemplo es cuando la cal apagada (hidróxido de calcio) se mezcla en una suspensión espesa con arena y agua para formar mortero para la construcción. Una vez colocada la mampostería, la cal apagada del mortero comienza a reaccionar lentamente con el dióxido de carbono para formar carbonato de calcio (piedra caliza) según la siguiente reacción:
El dióxido de carbono que participa en esta reacción está disponible principalmente en el aire o disuelto en el agua de lluvia [9] , por lo que el mortero de cal puro no se recarbona bajo el agua o dentro de un muro de mampostería grueso.
El ciclo de la cal para la cal dolomítica y magnésica no se comprende bien [8], pero es más complejo porque los compuestos de magnesio también se apagan para formar periclasa , que se apaga más lentamente que el óxido de calcio y cuando se hidrata produce varios otros compuestos. Así, estas cales contienen inclusiones de portlandita , brucita , magnesita y otros compuestos de hidroxicarbonato de magnesio. Estos compuestos de magnesio tienen investigaciones muy limitadas y contradictorias que cuestionan si "...pueden ser significativamente reactivos con la lluvia ácida, lo que podría conducir a la formación de sales de sulfato de magnesio". [10] Las sales de sulfato de magnesio pueden dañar el mortero cuando se secan y recristalizan debido a la expansión de los cristales a medida que se forman, lo que se conoce como ataque de sulfato .
La cal utilizada en materiales de construcción se clasifica en términos generales como cal "pura", "hidráulica" y "pobre"; [11] puede ser natural o artificial ; y puede identificarse además por su contenido de magnesio, como la cal dolomítica o magnésica. Los usos incluyen mortero de cal , yeso de cal , enlucido de cal, pisos de cal y ceniza , concreto atigrado , cal , pintura mineral de silicato y bloques de piedra caliza que pueden ser de muchos tipos . Las cualidades de los muchos tipos de cal procesada afectan su uso. Los romanos utilizaban dos tipos de mortero de cal para fabricar el hormigón romano , lo que les permitió revolucionar la arquitectura, a veces llamada revolución del hormigón .
La cal tiene muchas cualidades complejas como producto de construcción, incluida la trabajabilidad, que incluye cohesión, adhesión, contenido de aire, contenido de agua, forma del cristal, vida útil de la placa, capacidad de extensión y fluidez; fuerza de unión; fuerza integral; ajuste de tiempo; capacidad de transporte de arena; hidráulica; contenido de cal libre; permeabilidad al vapor; flexibilidad; y resistencia a los sulfatos. Estas cualidades se ven afectadas por muchos factores durante cada paso de fabricación e instalación, incluidos los ingredientes originales de la fuente de cal; ingredientes añadidos antes y durante la cocción, incluida la inclusión de compuestos procedentes del escape de combustible; temperatura y duración de la cocción; método de apagado que incluye una mezcla caliente (cal viva añadida a arena y agua para hacer mortero), apagado en seco y apagado en húmedo; proporción de la mezcla con áridos y agua; los tamaños y tipos de agregados; contaminantes en el agua de mezcla; hechura; y velocidad de secado durante el curado. [12]
La cal pura también se conoce como cal rica, común, aireada, apagada, apagada, encurtida, hidratada y con alto contenido de calcio. Consiste principalmente en hidróxido de calcio que se obtiene apagando la cal viva (óxido de calcio) y puede contener hasta un 5% de otros ingredientes. La cal pura fragua muy lentamente por contacto con el dióxido de carbono del aire y la humedad; No es una cal hidráulica por lo que no se endurece bajo el agua. La cal pura es de color blanco puro y se puede utilizar para cal, yeso y mortero. La cal pura es soluble en agua que contiene ácido carbónico , un ácido natural débil que es una solución de dióxido de carbono en agua y lluvia ácida por lo que se eliminará lentamente, pero esta característica también produce un proceso autógeno o de autocuración donde la cal disuelta puede fluye hacia las grietas del material y se vuelve a depositar, reparando automáticamente la grieta.
La cal semihidráulica, también llamada cal parcialmente hidráulica y gris, fragua inicialmente con agua y luego continúa fraguando con aire. Esta cal es similar a la cal hidráulica pero tiene sílice menos soluble (generalmente un mínimo de 6%) y aluminatos , y se endurece bajo el agua pero nunca se endurece. [13]
La cal hidráulica también se llama cal acuosa . La cal hidráulica contiene cal con sílice o alúmina y fragua con la exposición al agua y puede fraguar bajo el agua. [14] La cal hidráulica natural (NHL) se elabora a partir de una piedra caliza que contiene naturalmente algo de arcilla . La cal hidráulica artificial se elabora añadiendo formas de sílice o alúmina, como arcilla, a la piedra caliza durante la cocción, o añadiendo una puzolana a la cal pura. [13] Las cales hidráulicas se clasifican según su concentración: cal débil , moderada y eminentemente hidráulica. La cal hidráulica débil contiene entre un 5% y un 10% de arcilla, se apaga en minutos y fragua en unas tres semanas. Se utiliza para trabajos menos costosos y en climas templados. La cal moderadamente hidráulica contiene entre un 11% y un 20% de arcilla, se apaga en una o dos horas y fragua en aproximadamente una semana. Se utiliza para trabajos de mejor calidad y paredes exteriores en climas helados. La cal eminentemente hidráulica contiene entre un 21 y un 30% de arcilla, se apaga muy lentamente y fragua en aproximadamente un día. Se utiliza en entornos hostiles, como lugares húmedos y cerca de agua salada. La cal hidráulica es de color blanquecino. "El grado de hidráulica de los morteros afectará muchas características. Al seleccionar una proporción adecuada de arcilla y piedra caliza, se pueden diseñar morteros que carbonaten o fragüen hidráulicamente en distintos grados para requisitos de aplicación particulares, como tiempo de fraguado, resistencia, color, durabilidad y resistencia a las heladas. , trabajabilidad, velocidad de fraguado en presencia de agua, permeabilidad al vapor, etc." [14]
La cal pobre también se conoce como lima magra o magra. La cal pobre fragua y cura muy lentamente y tiene una unión débil. La cal pobre es de color gris.
La cal magnésica contiene más del 5 % de óxido de magnesio (BS 6100) o del 5 al 35 % de carbonato de magnesio (ASTM C 59-91). [15] La cal dolomítica tiene un alto contenido de magnesio de 35-46% de carbonato de magnesio (ASTM C 59-91). [15] La cal dolomítica lleva el nombre de las montañas Dolomitas en los Alpes italianos y austriacos. [dieciséis]
En los Estados Unidos, la cal para mampostería más comúnmente utilizada es la cal hidratada tipo S, que se agrega al cemento Portland para mejorar la plasticidad , la retención de agua y otras cualidades. La S en el tipo S significa especial, lo que la distingue de la cal hidratada tipo N, donde N significa normal. Los atributos especiales del Tipo S son su "... capacidad de desarrollar una plasticidad temprana y alta y una mayor retención de agua y por una limitación en su contenido de óxido no hidratado". [17] El término Tipo S se originó en 1946 en ASTM C 207 Cal hidratada para fines de mampostería. La cal tipo S es casi siempre cal dolomítica, hidratada bajo calor y presión en un autoclave, y utilizada en mortero, enlucido , estuco y yeso . La cal tipo S no se considera confiable como aglutinante puro en mortero debido a las altas temperaturas de combustión durante la producción.
Lima Kankar , una cal hecha de kankar, que es una forma de carbonato de calcio.
La cal selenítica, también conocida como cemento de Scott en honor a Henry Young Darracott Scott , es un cemento de tiza gris o cal similar, como el del Grupo Lias , al que se le añade aproximadamente un 5% de yeso ( yeso calcinado ). [13] El selenita es un tipo de yeso, pero el cemento selenítico se puede fabricar utilizando cualquier forma de sulfato o ácido sulfúrico . [18] El sulfato detiene el apagado y hace que el cemento fragüe más rápido y con más fuerza.
Los romanos fabricaban hormigón mezclando cal y ceniza volcánica para crear una reacción puzolánica . Cuando esto se mezcló con toba volcánica y se colocó bajo agua de mar, el agua de mar hidrató la cal en una reacción exotérmica que solidificó la mezcla. [19]
![{\displaystyle {\ce {{\overset {calcio~carbonato}{CaCO3}}->[][{\text{calor}}]{\overset {calcio~óxido}{CaO}}+{\overset {carbonato ~dióxido}{CO2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/98b4a680c52697d99fd2347d9034373411eb983f)
