كربونات

الكربنة هي تفاعل كيميائي يتفاعل فيه هيدروكسيد الكالسيوم مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين كربونات الكالسيوم غير القابلة للذوبان :

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

يشار أحيانًا إلى عملية تكوين الكربونات باسم " الكربنة "، على الرغم من أن هذا المصطلح يشير عادةً إلى عملية إذابة ثاني أكسيد الكربون في الماء.

الكربنة هي عملية بطيئة تحدث في الخرسانة حيث يتفاعل الجير ( CaO ، أو Ca(OH) _{2 ( aq )} ) الموجود في الأسمنت مع ثاني أكسيد الكربون (CO2 ₎ من الهواء ويشكل كربونات الكالسيوم.

الماء في مسام الخرسانة الأسمنتية البورتلاندية يكون قلويًا عادةً بدرجة حموضة تتراوح بين 12.5 إلى 13.5. هذه البيئة شديدة القلوية هي البيئة التي يتم فيها تخميد قضبان التسليح الفولاذية وحمايتها من التآكل. وفقًا لمخطط بوربايكس للحديد، يكون المعدن خاملًا عندما يكون الرقم الهيدروجيني أعلى من 9.5. ^[1]

يتفاعل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء مع القلويات الموجودة في الأسمنت ويجعل مياه المسام أكثر حمضية، وبالتالي يخفض الرقم الهيدروجيني. سيبدأ ثاني أكسيد الكربون في إضافة الكربنة إلى الأسمنت في الخرسانة منذ لحظة تصنيع الجسم. ستبدأ عملية الكربنة هذه على السطح، ثم تتحرك ببطء إلى عمق أكبر وأعمق في الخرسانة. يعتمد معدل الكربنة على الرطوبة النسبية للخرسانة - الرطوبة النسبية 50٪ هي الأمثل. إذا كان الجسم متصدعًا، فسيكون ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء أكثر قدرة على اختراق الخرسانة.

في نهاية المطاف قد يؤدي هذا إلى تآكل حديد التسليح وتلف البنية أو فشلها.

تستخدم عملية الكربنة في إنتاج السكر من البنجر السكري . وهي تتضمن إدخال ماء الجير (حليب الجير - معلق هيدروكسيد الكالسيوم ) وغاز ثاني أكسيد الكربون المخصب في "العصير الخام" (السائل الغني بالسكر المحضر من مرحلة الانتشار في العملية) لتكوين كربونات الكالسيوم وترسيب الشوائب التي يتم إزالتها بعد ذلك. تتم العملية برمتها في "خزانات الكربنة" ويتراوح وقت المعالجة من 20 دقيقة إلى ساعة.

تتضمن عملية الكربنة التأثيرات التالية:

• تؤدي زيادة القلوية إلى تخثر البروتينات في العصير.
• يمتص كربونات الكالسيوم الملونات
• تؤدي القلوية إلى تدمير بعض السكريات الأحادية ، وخاصة الجلوكوز والفركتوز

الهدف هو جسيم كبير يترسب بشكل طبيعي بسرعة ليترك عصيرًا صافيًا. العصير في النهاية يكون حوالي 15 درجة مئوية و90٪ سكروز . الرقم الهيدروجيني للعصير الرقيق الناتج هو توازن بين إزالة أكبر قدر ممكن من الكالسيوم من المحلول وانخفاض الرقم الهيدروجيني المتوقع عبر المعالجة اللاحقة. إذا أصبح العصير حامضيًا في مراحل التبلور ، فإن السكروز يتحلل بسرعة إلى جلوكوز وفركتوز؛ لا يؤثر الجلوكوز والفركتوز على التبلور فحسب، بل إنهما " مولاساجينيك " يأخذان كميات مكافئة من السكروز إلى مرحلة الدبس.

يشكل غاز ثاني أكسيد الكربون المتدفق عبر الخليط كربونات الكالسيوم. يتم دمج المواد الصلبة غير السكرية في جزيئات كربونات الكالسيوم وإزالتها عن طريق الترسيب الطبيعي (أو المساعد) في الخزانات أو أجهزة التنقية .

هناك عدة أنظمة للكربونات، تم تسميتها على اسم الشركات التي طورتها لأول مرة. وهي تختلف في طريقة إدخال الجير، ودرجة الحرارة ومدة كل مرحلة، وفصل المواد الصلبة عن السائل.

• دور (أو دور-أوليفر) - عملية مستمرة تستخدم خزانين مع إعادة التدوير ("الكربونات الأولى") لبناء حجم الجسيمات للتخثر الطبيعي . تبلغ نسبة إعادة التدوير حوالي 7:1. يتم فصل الجسيمات تحت الجاذبية في مرحلة التكثيف في جهاز التنقية. ثم يتم تحويل العصير الصافي إلى غاز في خزان آخر ("الكربونات الثانية") وتصفيته. يتم ترشيح الطين المركز (التدفق السفلي) من جهاز التنقية و/أو ضغطه لاستعادة المزيد من السائل. عملية دور منخفضة الصيانة والقوى العاملة ولكنها عرضة لمشاكل الترشيح عند معالجة البنجر التالف بسبب الصقيع. وهي مفضلة في المملكة المتحدة والولايات المتحدة.
• DDS ( Det Danske Sukkerfabrik - "مصنع السكر الدنماركي") -- عملية متعددة المراحل تتضمن التكلس المسبق حيث يتم زيادة درجة حموضة العصير تدريجيًا لبدء ترسب البروتينات، يلي ذلك إضافة المزيد من الجير وغاز ثاني أكسيد الكربون _. تتم إزالة الجزيئات في كل مرحلة عن طريق الترشيح.
• RT ( Raffinerie Tirlemontoise - " مصفاة السكر في تينين ") - عملية أخرى متعددة المراحل تتضمن مرحلة ما قبل التكلس. تتم إزالة الجسيمات أيضًا عن طريق الترشيح.

تفضل المصانع الأوروبية كلاً من عمليتي DDS وRT . وعادةً ما يتوافق نظام الكربنة مع مخطط الانتشار ؛ حيث تتم معالجة العصير من موزعات RT بواسطة الكربنة RT.

يُعرف العصير الصافي الناتج عن عملية الكربنة عمومًا باسم "العصير الرقيق". وقد يخضع لتعديل درجة الحموضة باستخدام رماد الصودا وإضافة الكبريت ("السلفيتات") قبل المرحلة التالية وهي التركيز عن طريق التبخر متعدد التأثيرات.

تتم عملية الكربنة أثناء تليين الجير (عملية كلارك) في تليين الماء .

• تفاعل القلوي مع السيليكا
• تدهور الخرسانة
• الفوسفات - عملية مماثلة تستخدم في معالجة قصب السكر .

• عملية تصنيع السكر في موقع Crystal Sugar
• كيف يتم تصنيع سكر البنجر
• تكنولوجيا المعالجة