Il ciclo della calce – La produzione della calce Aerea

In questo articolo abbiamo cercato di riassumere le fasi salienti della preparazione della calce Aerea. La preparazione della calce risulta essere molto semplice e senza l’aggiunta di materiali chimici rimane un elemento fondamentale per la ristrutturazione ma applicabile anche nella realizzazione di edifici nuovi o per le pitture.

Il Ciclo della Calce

“Vi è del magico nel cogliere un sasso dalla terra, cuocerlo e demolirlo al fuoco, renderlo plastico con l’acqua, lavorarlo secondo volontà e riottenerlo solido grazie all’influsso dell’aria” così è descritto quello che oggi chiamiamo “ciclo delle calce”.

Un processo che, dopo una serie di passaggi, porta la pietra calcarea a diventare il legante principale di gran parte delle opere costruttive realizzate dall’uomo negli ultimi diecimila anni.

I Quattro Momenti del Ciclo della Calce

Il ciclo della calce (aerea) si compie in quattro momenti fondamentali, corrispondenti alla selezione del calcare (1), la cottura (2), lo spegnimento (3), la carbonatazione (4).

Si tratta di una schema semplificato, perchè in realtà le trasformazioni chimico-fisiche che avvengono durate i diversi processi sono assai complesse e articolate.

1) La selezione de calcare
Le caratteristiche mineralogiche e chimiche dei calcari usati come materia prima per la fabbricazione della calce sono di fondamentale importanza. I calcari più idonei alla fabbricazione della calce aerea devono avere una struttura microcristallina, alto contenuto di carbonati e contenere percentuali di impurità, in particolare di natura argillosa, non superiori al 5%.

2) La cottura
In fase di cottura, il calcare viene immesso nei forni e portato a una temperatura prossima a 900°C. In tali condizioni il carbonato di calcio si decompone in ossido di calcio (calce viva) e anidride carbonica. La reazione schematica del processo è la seguente:
CaCO3 -> CaO + CO2

3) Lo spegnimento
La calce viva, messa a contatto con acqua reagisce con un forte sviluppo di calore e si trasforma in una polvere bianca (o in una pasta) chiamata calce spenta, chimicamente idrossido di calcio. La reazione schematica è la seguente:
CaO + H2O -> Ca(OH)2

4) La carbonatazione
Una volta in opera, in forma di malte, stucchi, pitture ecc., interviene la carbonatazione. Tale processo che può avvenire solo in presenza di anidride carbonica (e acqua libera) porta la trasformazione della calce spenta in calcite, chiudendo così quello che viene chiamato ciclo della calce. La reazione schematica della carbonatazione è la seguente:

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O

Anche se la reazione precedente è corretta dal punto di vista formale, la reazione reale è più complessa. Osservando la precedente reazione infatti, il processo sembrerebbe avvenire tra un solido Ca(OH)2 e un gas CO2, mentre in realtà la reazione avviene in fase acquosa grazie all’acqua di impasto della calce.

Produzione della Calce Idraulica Naturale

Le calci idrauliche naturali si producono cuocendo una roccia calcarea impura ad una temperatura di circa 1000°C in forni simili a quelli della produzione della calce aerea.

All’uscita del forno, il materiale viene ‘spento’, con un processo simile ma non identico a quello dello spegnimento della calce aerea, e quindi macinato.

A fine processo, la calce idraulica naturale è costituita da una miscela di Ca(OH)2 (calce idrata), C2S (silicato bicalcico) e CS (silicato monocalcico) C2A (alluninato bicalcico) ecc., oltre che da silice ed allumina non combinate.

Il prodotto così ottenuto si comporta da legante idraulico.

L’idraulicità è determinata dalla presenza dei silicati, alluminati di calcio e dalla presenza di silice e ossidi di alluminio non combinati ed amorfi, che sono in grado di reagire con l’idrossido di calce che si ottiene dopo lo spegnimento.

I fenomeni di indurimento della calce idraulica avvengo essenzialmente ad opera di processi di idratazione e subordinatamente per carbontazione della frazione aerea.