Wat is calciumchloride?
Calciumchloride is een hygroscopisch zout met de chemische formule CaCl2 dat eruitziet als een kleurloze, geurloze kristallijne vaste stof. Het is zeer oplosbaar in water en kan hydraten vormen.
Naast andere zouten wordt het in kleine hoeveelheden aangetroffen in zeewater en minerale bronnen.
De ontdekking ervan dateert uit de 15e eeuw, maar het werd pas in de late 18e eeuw uitgebreid bestudeerd.
Het onderzoek werd voornamelijk uitgevoerd met behulp van in het laboratorium bereide monsters, omdat het pas commercieel werd geproduceerd na de ontwikkeling van het Solvay-ammoniak-sodaproces halverwege de 19e eeuw.
Inhoudsopgave
1. Eigenschappen van calciumchloride
Calciumchloride vertoont een hoge oplosbaarheid in water bij een breed temperatuurbereik, met een maximale oplosbaarheid van ongeveer 75% waargenomen bij temperaturen boven 175 °C.
Als bron van oplosbaar anorganisch calcium reageert het met carbonaten, fluoriden en sulfaten om onoplosbare of matig oplosbare zouten te vormen.
Calciumchloride vormt ook in water oplosbare verbindingen met ammoniak, zoals CaCl2·8 NH3, en met alcohol, zoals CaCl2·C2H5OH.
Bovendien reageert het met natriumwolframaat (Na2WO4) om calciumwolframaat (CaWO4) te verkrijgen, wat algemeen bekend staat als synthetische scheeliet.
2. Productie van calciumchloride
Calciumchloride is een verbinding die commercieel wordt geproduceerd via verschillende processen.
Het raffineren van natuurlijke pekels en calciumchloride gewonnen uit synthetische soda-asproductie blijven de meest voorkomende methoden voor het produceren van calciumchloride, goed voor meer dan 90% van de totale productie.
Een van deze processen omvat het raffineren van natuurlijke pekels. De natuurlijke pekels verkregen uit bronnen in Californië en Michigan bevatten een mengsel van chloridezouten van calcium, magnesium en natrium.
Om calciumchloride uit deze pekels te verkrijgen, moet magnesium eerst worden verwijderd door magnesiumhydroxide, Mg(OH)2, te laten neerslaan met kalk. De resterende oplossing wordt vervolgens gefilterd en geconcentreerd, waardoor natriumchloride neerslaat vanwege de lage oplosbaarheid in calciumchlorideoplossingen.
Een andere methode voor het produceren van calciumchloride omvat de reactie van zoutzuur met calciumcarbonaat. Deze reactie produceert calciumchloride, koolstofdioxide en water.
De derde methode om calciumchloride te produceren is door de reactie van calciumhydroxide met ammoniumchloride in Solvay (synthetische) soda-asproductie.
De ammoniak in dit proces dient als katalysator voor de reactie van natriumchloride met calciumcarbonaat. De reactie is complex, maar het eindresultaat is de productie van calciumchloride:
De calciumchlorideoplossingen die worden verkregen door zuivering met natuurlijke pekel en het Solvay-proces worden verdund.
Na concentratie door verdamping wordt een deel van de oplossing verkocht als een 30-45% calciumchlorideproduct. Een ander deel wordt verder geconcentreerd tot ongeveer 75% vaste stoffen, wat overeenkomt met calciumchloridedihydraat (CaCl2·2 H2O).
Dit materiaal wordt vervolgens gedroogd en in vlokken verdeeld om commerciële calciumchloridedihydraat (77 – 82% CaCl2) en watervrije (94 – 97% CaCl2) producten te produceren.
Als alternatief kunnen watervrije pellets worden vervaardigd door de vlokken te vervangen door een agglomeratieprocedure.
3. Toepassingen van calciumchloride
De veelzijdigheid van calciumchloride is te danken aan de unieke combinatie van fysieke eigenschappen: vochtaantrekking en -retentie, hoge oplosbaarheid, hoge oplossingswarmte en vriespuntverlaging van oplossingen.
Calciumchloride staat het meest bekend om zijn ontdooiende en stofbestrijdende eigenschappen.
De grootste markt voor calciumchloride (30% van de totale productie) is het ontdooien van wegen, trottoirs en parkeerplaatsen.
Calciumchloride smelt ijs bij temperaturen tot -51 °C (-60 °F). Omdat het warmte afgeeft bij blootstelling aan vocht, smelt ijs snel, meestal binnen 15 – 30 minuten na toepassing.
Calciumchloride wordt ook gebruikt in combinatie met steenzout (natriumchloride) om de effectiviteit van het steenzout te verbeteren en te behouden.
Stofbestrijding is goed voor ca. 25% van de calciumchlorideproductie. De hygroscopische en vervloeiende eigenschappen maken het ideaal voor dit gebruik.
Calciumchloride absorbeert vocht uit de lucht en vormt een oplossing die stofdeeltjes omhult en bindt, waardoor stofvorming sterk wordt verminderd.
Calciumchlorideoplossingen verdampen langzaam vanwege hun lage dampspanning en zijn daarom nuttig bij het verdichten van wegdekken.
Calciumchloride wordt gebruikt in de cement- en betonindustrie. Toevoeging van 1 – 2% calciumchloride versnelt de uithardingstijd van beton, wat resulteert in een eerdere sterkteontwikkeling.
Calciumchloride mag niet worden beschouwd als antivries bij het betonneren; de toevoeging van calciumchloride aan betonmengsels die worden gegoten bij temperaturen onder de 21 °C (70 °F) compenseert echter grotendeels de vertragende effecten van de lagere temperaturen.
Calciumchlorideoplossingen worden vanwege hun lage vriespunten uitgebreid gebruikt als warmteoverdrachtsmedia in de voedselverwerking. Calciumchloridepekel verhoogt de warmteoverdrachtssnelheid aanzienlijk in vergelijking met gekoelde lucht of natriumchloridepekel. De contacttijd tussen de pekel en de verschillende voedselvormen wordt verkort, wat resulteert in hogere productiesnelheden.
Calciumchloride wordt ook gebruikt in de voedingsindustrie om de stevigheid van fruit en groenten te vergroten en om bederf tijdens de verwerking te voorkomen.
In de petroleum- en petrochemische industrie wordt calciumchloride gebruikt als droogmiddel voor koolwaterstoffen. Het wordt ook gebruikt in boorvloeistoffen, verpakkingsvloeistoffen, voltooiingsvloeistoffen en werkvloeistoffen bij het boren van oliebronnen.
Andere toepassingen voor calciumchloride zijn: in kleefstoffen als bevochtigingsmiddel en het verlaagt de geltemperatuur, in diervoeder als calciumbron en in afvalwaterzuivering om fluoriden te laten neerslaan, olie-emulsies te breken en vlokken te verdichten.
Referentie
- Calciumchloride; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_547
