فرن الجير – التكليس ودورة الكربون
العلومالتفاعلات الكيميائية14–15 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلحمّل الحجر الجيري في الفرن واضبط درجة حرارته: دون 825 °C تقريبًا لا يكاد التفاعل يحدث، أما من 900 °C فما فوق فتتفكك CaCO₃ بسرعة إلى CaO بينما يتصاعد غاز CO₂ من المدخنة. تُظهر أعمدة الكتلة النسبة الدقيقة 100 kg حجر جيري : 56 kg جير حي : 44 kg CO₂، ويتيح تشغيل الإطفاء مشاهدة تفاعل CaO مع الماء لتكوين Ca(OH)₂ وانطلاق الحرارة. ويجمع مخطط دورة الكربون المجاور كميات CO₂ الناتجة من التنفس وحرق الوقود الأحفوري وأفران الجير، ويطرح ما يمتصه البناء الضوئي، ويعرض تركيز CO₂ الناتج في الغلاف الجوي بوحدة ppm.
الدرس: استخراج الحجر الجيري ودورة الكربون
ماذا تعرض
التفكك الحراري للحجر الجيري، CaCO₃ → CaO + CO₂، هو التفاعل الذي يقوم عليه إنتاج الجير والإسمنت. في هذا النموذج يكون التفاعل مهملًا عند 825 °C أو دونها، ويتسارع كلما ازدادت حرارة الفرن. والكتلة محفوظة: تعطي 100 kg من CaCO₃ مقدار 56 kg من الجير الحي و44 kg من CO₂، وهي نسبة الكتل المولية. ثم يحوّل الإطفاء CaO إلى Ca(OH)₂ في تفاعل طارد للحرارة. وتبيّن لوحة دورة الكربون أن تركيز CO₂ في الغلاف الجوي بوحدة ppm يرتفع مع انبعاثات الأفران وحرق الوقود الأحفوري، بينما يخزن البناء الضوئي والمحيط الكربون.
طريقة الاستخدام
اسحب منزلق «درجة حرارة الفرن» إلى ما دون 825 °C ولاحظ أن عمود CaCO₃ لا يكاد يتغير، ثم ارفعها فوق 900 °C وراقب نمو عمودي CaO وCO₂. غيّر «الحجر الجيري» وتحقق من أن الأعمدة تحافظ على النسبة 100 : 56 : 44. اضغط «الإطفاء: متوقف» لتشغيل الإطفاء، و«تحميل دفعة جديدة» لإعادة البدء. قارن قراءة ppm عند المستوى المنخفض والمرتفع في «مستوى حرق الوقود الأحفوري في المنطقة».
المعاملات القابلة للتغيير
- درجة حرارة الفرن 600–1200 °C
- كتلة الحجر الجيري المحمّل 10–200 kg
- الإطفاء: تفاعل CaO مع الماء
- مستوى حرق الوقود الأحفوري في المنطقة منخفض, متوسط, مرتفع
- سرعة المحاكاة 0.5–4 ×
أسئلة للاستكشاف
- ما أكبر كتلة من الجير الحي ومن CO₂ يمكن الحصول عليها بتسخين 150 kg من الحجر الجيري النقي؟
- لماذا يجب أن تبقى حرارة فرن الجير أعلى بكثير من 825 °C ليكون التفكك مفيدًا؟
- أي العمليات في لوحة دورة الكربون تضيف CO₂ إلى الغلاف الجوي، وأيها تزيله منه؟
