Calciumchlorid
Calciumchlorid (CaCl2) ist ein hygroskopisches Salz, das als farbloser, geruchloser kristalliner Feststoff mit hoher Wasserlöslichkeit und der Fähigkeit zur Hydratbildung vorliegt.
Neben anderen Salzen kommt es in geringen Mengen im Meerwasser und in Mineralquellen vor.
Seine Entdeckung geht auf das 15. Jahrhundert zurück, doch erfuhr es erst im späten 18. Jahrhundert.
Die Forschung wurde hauptsächlich mit im Labor vorbereiteten Proben durchgeführt, da diese erst nach der Entwicklung des Solvay-Ammoniak-Soda-Verfahrens Mitte des 19. Jahrhunderts kommerziell hergestellt wurden.
Inhaltsverzeichnis
1. Eigenschaften von Calciumchlorid
Calciumchlorid (CaCl2) weist in einem weiten Temperaturbereich eine hohe Löslichkeit in Wasser auf, wobei bei Temperaturen über 175 °C eine maximale Löslichkeit von etwa 75 % beobachtet wird.
Als Quelle für lösliches anorganisches Kalzium reagiert es mit Carbonaten, Fluoriden und Sulfaten unter Bildung entweder unlöslicher oder mäßig löslicher Salze.
Calciumchlorid bildet auch wasserlösliche Verbindungen mit Ammoniak, wie CaCl2·8NH3, und mit Alkohol, wie CaCl2·C2H5OH.
Darüber hinaus reagiert es mit Natriumwolframat (Na2WO4) zu Calciumwolframat (CaWO4), das allgemein als synthetischer Scheelit bekannt ist.
2. Herstellung von Calciumchlorid
Calciumchlorid ist eine Verbindung, die durch verschiedene Verfahren kommerziell hergestellt wird.
Die Raffination von natürlichen Salzlaken und Calciumchlorid, das aus der Produktion von synthetischem Soda gewonnen wird, ist nach wie vor die gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Calciumchlorid und macht über 90 % der Gesamtproduktion aus.
Einer dieser Prozesse beinhaltet die Raffination natürlicher Solen. Die aus Quellen in Kalifornien und Michigan gewonnenen natürlichen Sole enthalten eine Mischung aus Chloridsalzen von Kalzium, Magnesium und Natrium.
Um aus diesen Solen Calciumchlorid zu gewinnen, muss Magnesium zunächst durch Ausfällen von Magnesiumhydroxid, Mg(OH)2, mit Kalk entfernt werden. Die verbleibende Lösung wird dann filtriert und konzentriert, wodurch Natriumchlorid aufgrund seiner geringen Löslichkeit in Calciumchloridlösungen ausfällt.
Eine andere Methode zur Herstellung von Calciumchlorid beinhaltet die Reaktion von Salzsäure mit Calciumcarbonat. Bei dieser Reaktion entstehen Calciumchlorid, Kohlendioxid und Wasser.
Die dritte Methode zur Herstellung von Calciumchlorid ist die Reaktion von Calciumhydroxid mit Ammoniumchlorid bei der (synthetischen) Soda-Produktion von Solvay.
Das Ammoniak dient in diesem Verfahren als Katalysator für die Reaktion von Natriumchlorid mit Calciumcarbonat. Die Reaktion ist komplex, aber das Endergebnis ist die Produktion von Calciumchlorid:
Die durch Natursolereinigung und das Solvay-Verfahren gewonnenen Calciumchloridlösungen sind verdünnt.
Nach der Konzentration durch Eindampfen wird ein Teil der Lösung als 30–45 %iges Calciumchloridprodukt verkauft. Ein anderer Teil wird weiter auf etwa 75 % Feststoffe konzentriert, was Calciumchlorid-Dihydrat (CaCl2·2 H2O) entspricht.
Dieses Material wird dann getrocknet und zu Flocken verarbeitet, um handelsübliches Calciumchlorid-Dihydrat (77 – 82 % CaCl2) und wasserfreie (94 – 97 % CaCl2) Produkte herzustellen.
Alternativ können wasserfreie Pellets hergestellt werden, indem der Flockenerzeuger durch ein Agglomerationsverfahren ersetzt wird.
3. Verwendung von Calciumchlorid
Die Vielseitigkeit von Calciumchlorid hängt mit seiner einzigartigen Kombination physikalischer Eigenschaften zusammen: Feuchtigkeitsanziehung und -speicherung, hohe Löslichkeit, hohe Lösungswärme und Gefrierpunktserniedrigung von Lösungen.
Calciumchlorid ist vor allem für seine enteisenden und staubbindenden Eigenschaften bekannt.
Der größte Markt für Calciumchlorid (30 % der Gesamtproduktion) ist die Enteisung von Straßen, Gehwegen und Parkplätzen.
Calciumchlorid schmilzt Eis bereits bei Temperaturen von -51 °C (-60 °F). Da es bei Kontakt mit Feuchtigkeit Wärme freisetzt, schmilzt das Eis schnell, normalerweise innerhalb von 15 bis 30 Minuten nach der Anwendung.
Calciumchlorid wird auch in Verbindung mit Steinsalz (Natriumchlorid) verwendet, um die Wirksamkeit des Steinsalzes zu verstärken und aufrechtzuerhalten.
Auf Staubkontrolle entfallen ca. 25 % der Calciumchloridproduktion. Aufgrund seiner hygroskopischen und zerfließenden Eigenschaften eignet es sich ideal für diese Verwendung.
Calciumchlorid absorbiert Feuchtigkeit aus der Luft und bildet eine Lösung, die Staubpartikel umhüllt und zusammenbindet, wodurch die Staubbildung erheblich reduziert wird.
Aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks verdunsten Calciumchloridlösungen nur langsam und sind daher bei der Verdichtung von Straßenoberflächen nützlich.
Calciumchlorid wird in der Zement- und Betonindustrie verwendet. Die Zugabe von 1 – 2 % Calciumchlorid beschleunigt die Abbindezeit des Betons und führt so zu einer früheren Festigkeitsentwicklung.
Calciumchlorid sollte nicht als Frostschutzmittel beim Betonieren betrachtet werden; Allerdings gleicht die Zugabe von Calciumchlorid zu Betonmischungen, die bei Temperaturen unter 21 °C (70 °F) gegossen werden, die verzögernde Wirkung der niedrigeren Temperaturen weitgehend aus.
Aufgrund ihrer niedrigen Gefrierpunkte werden Calciumchloridlösungen in großem Umfang als Wärmeübertragungsmedien in der Lebensmittelverarbeitung verwendet. Calciumchlorid-Sole erhöht die Wärmeübertragungsrate im Vergleich zu gekühlter Luft oder einer Natriumchlorid-Sole erheblich. Die Kontaktzeit zwischen der Salzlake und den verschiedenen Lebensmittelformen wird verkürzt, was zu höheren Produktionsraten führt.
Calciumchlorid wird auch in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, um die Festigkeit von Obst und Gemüse zu erhöhen und den Verderb bei der Verarbeitung zu verhindern.
In der Erdöl- und Petrochemieindustrie wird Calciumchlorid als Trockenmittel für Kohlenwasserstoffe verwendet. Es wird auch in Bohrflüssigkeiten, Packerflüssigkeiten, Komplettierungsflüssigkeiten und Workover-Flüssigkeiten bei Erdölbohrungen verwendet.
Weitere Einsatzmöglichkeiten für Calciumchlorid sind: in Klebstoffen als Feuchthaltemittel und zur Senkung der Geltemperatur, in Tierfutter als Calciumquelle und in der Abwasserbehandlung zur Ausfällung von Fluoriden, zum Aufbrechen von Ölemulsionen und zur Verdichtung von Flocken.
Referenz
- Calcium Chloride; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_547
