التكليس

التكليس هو معالجة حرارية لمركب كيميائي صلب (مثل خامات الكربونات المختلطة ) حيث يتم رفع درجة حرارة المركب إلى درجة حرارة عالية دون انصهاره مع إمداد محدود من الأكسجين (أي جزء غازي _من الأكسجين في الهواء)، وذلك بشكل عام لغرض إزالة الشوائب أو المواد المتطايرة و/أو لتحفيز التحلل الحراري . ^{[ 1 ]}

يشير أصل كلمة "التكليس" إلى استخدامها الأكثر شيوعًا، وهو إزالة الكربون والأكسجين من الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) عن طريق تسخينه لإنتاج أكسيد الكالسيوم (الجير الحي). ويُعرف تفاعل التكليس هذا (وهو تفاعل ماص للحرارة ) بالمعادلة التالية: CaCO₃ ₍ صلب) → CaO (صلب) + CO₂ ₍ غاز).

يُعد أكسيد الكالسيوم مكونًا أساسيًا في صناعة الإسمنت الحديثة _، كما يُستخدم كعامل مساعد كيميائي في عمليات الصهر . وتُنتج عملية التكليس الصناعية عمومًا ثاني أكسيد الكربون ( CO2 ).

المكلس عبارة عن أسطوانة فولاذية تدور داخل فرن ساخن وتجري عمليات معالجة غير مباشرة بدرجة حرارة عالية (550-1150 درجة  مئوية، أو 1000-2100  درجة فهرنهايت) ضمن جو متحكم فيه. ^{[ 2 ]}

تُشتق عملية التكليس من الكلمة اللاتينية "calcinare " التي تعني "حرق الجير" ^{[ 3 ]} ، وذلك لاستخدامها الأكثر شيوعًا، وهو تحلل كربونات الكالسيوم ( الحجر الجيري ) إلى أكسيد الكالسيوم ( الجير ) وثاني أكسيد الكربون ، لإنتاج الإسمنت . ويُشار عادةً إلى ناتج التكليس باسم "الكلس"، بغض النظر عن المعادن التي تخضع للمعالجة الحرارية.

يتم إجراء عملية التكليس في أفران أو مفاعلات (يشار إليها أحيانًا باسم الأفران أو المكلسات) ذات تصميمات مختلفة بما في ذلك أفران العمود، والأفران الدوارة ، وأفران الموقد المتعدد ، ومفاعلات الطبقة المميعة .

تتضمن أمثلة عمليات التكليس ما يلي:

• تحلل خامات الكربونات، كما هو الحال في تكليس الحجر الجيري لطرد ثاني أكسيد الكربون ؛
• تحلل المعادن المائية، كما هو الحال في تكليس البوكسيت والجبس ، وخام الكربونات لإزالة ماء التبلور على شكل بخار ماء؛
• تحلل المواد المتطايرة الموجودة في فحم الكوك البترولي الخام ؛
• المعالجة الحرارية لإحداث تحولات طورية، كما هو الحال في تحويل الأناتاز إلى روتيل أو إزالة التبلور من المواد الزجاجية ؛
• إزالة أيونات الأمونيوم في عملية تصنيع الزيوليت ؛
• إزالة الفلور من فلوريد اليورانيل لإنتاج ثاني أكسيد اليورانيوم وغاز حمض الهيدروفلوريك ؛
• المعالجة الحرارية للأنثراسيت من خلال فرن التكليس الكهربائي أو التكليس بالغاز مما يؤدي إلى تكوين بنية جرافيتية.

تحدث تفاعلات التكليس عادةً عند درجة حرارة التحلل الحراري أو أعلى منها (بالنسبة لتفاعلات التحلل والتطاير) أو درجة حرارة التحول (بالنسبة لتحولات الطور ). تُعرَّف هذه الدرجة عادةً بأنها درجة الحرارة التي تكون عندها طاقة جيبس ​​الحرة القياسية لتفاعل تكليس معين مساوية للصفر.

في علم الخيمياء ، كان يُعتقد أن التكليس هو أحد العمليات الحيوية الـ 12 المطلوبة لتحويل المادة.

ميّز الخيميائيون نوعين من التكليس: التكليس الفعلي والتكليس الكامن . التكليس الفعلي هو التكليس الناتج عن نار حقيقية، من الخشب أو الفحم أو أي وقود آخر، عند رفعه إلى درجة حرارة معينة. أما التكليس الكامن فهو التكليس الناتج عن نار كامنة ، مثل المواد الكيميائية المسببة للتآكل؛ فعلى سبيل المثال، كان يُكلس الذهب في فرن عاكس مع الزئبق وحمض السالمونيك ؛ والفضة مع ملح الطعام وملح قلوي ؛ والنحاس مع الملح والكبريت ؛ والحديد مع حمض السالمونيك والخل ؛ والقصدير مع الأنتيمون ؛ والرصاص مع الكبريت؛ والزئبق مع حمض النيتريك . ^{[ 8 ]}

كان هناك أيضًا التكليس الفلسفي ، والذي قيل إنه يحدث عندما يتم تعليق القرون والحوافر وما إلى ذلك فوق الماء المغلي، أو سائل آخر، حتى تفقد مادتها المخاطية ، وتصبح قابلة للطحن بسهولة إلى مسحوق. ^{[ 8 ]}

وفقًا لنظرية الفلوجستون القديمة ، فإن " الكالس " هو المادة العنصرية الحقيقية التي تبقى بعد طرد الفلوجستون منها في عملية الاحتراق . ^{[ 9 ]}