Calcio (Ca) e acqua
Il calcio è un minerale comunemente disciolto nelle acque naturali. Contribuisce, insieme al magnesio, alla durezza dell'acqua e può formare incrostazioni minerali quando le condizioni chimiche dell'acqua favoriscono la precipitazione. I processi chimici coinvolti dipendono dal calcio, dall'alcalinità, dal pH, dalla temperatura e dagli altri ioni disciolti.
Il calcio nelle acque naturali
Il calcio entra nell'acqua quando i minerali che lo contengono subiscono alterazione meteorica o si dissolvono. Tra le fonti comuni figurano il calcare e altre rocce carbonatiche, la dolomite e il gesso. Nella maggior parte delle acque naturali, il calcio disciolto è presente principalmente sotto forma di ione Ca2+, sebbene possa anche formare coppie ioniche disciolte con carbonato, bicarbonato, solfato e altri costituenti.
Quando l'acqua contenente anidride carbonica disciolta entra in contatto con il calcare, il minerale carbonatico può dissolversi. Una reazione complessiva semplificata è:
CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O (l) ⇌ Ca2+ (aq) + 2 HCO3− (aq)
Anche il calcio metallico allo stato elementare reagisce con l'acqua liquida, producendo idrossido di calcio e idrogeno gassoso:
Ca (s) + 2 H2O (l) → Ca(OH)2 (s) + H2 (g)
L'idrossido di calcio è solo parzialmente solubile in acqua. Questa reazione descrive il comportamento del metallo; è diversa dal modo in cui il calcio disciolto è presente nei fiumi, nelle acque sotterranee e nell'acqua di mare.
Durezza e incrostazioni di calcio
La durezza dell'acqua è dovuta principalmente al calcio e al magnesio disciolti. Viene comunemente espressa in milligrammi per litro di equivalente di carbonato di calcio (mg/L come CaCO3); si tratta di una convenzione utilizzata per esprimere il valore e non significa che tutta la durezza sia presente sotto forma di carbonato di calcio solido. La durezza costituisce generalmente un problema operativo, poiché può contribuire alla formazione di depositi minerali e ridurre l'efficacia del sapone, piuttosto che un problema sanitario di per sé.
Le incrostazioni di carbonato di calcio possono formarsi quando l'acqua diventa sovrasatura rispetto alla calcite. Il pH, l'alcalinità, l'anidride carbonica disciolta, la temperatura e la concentrazione di calcio influiscono tutti su questa tendenza. Le incrostazioni di solfato di calcio (gesso/anidrite) costituiscono un rischio distinto, soprattutto quando il calcio e il solfato si concentrano, come avviene in alcune salamoie e nei processi a membrana. Per valutare ciascuno di questi rischi sono necessari un'analisi dell'acqua e la conoscenza delle condizioni di processo.
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- Calcolatore delle incrostazioni / della solubilità del carbonato di calcio
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Nota sui calcolatori: Entrambi gli strumenti forniscono attualmente risultati illustrativi a scopo didattico. Questi risultati non costituiscono previsioni ingegneristiche validate né sostituiscono un modello geochimico validato, studi di trattabilità o la progettazione di processo.
Il calcio nell'ambiente e la salute umana
Il calcio è un nutriente essenziale per le persone, gli animali e le piante. L'acqua potabile può contribuire in parte all'apporto alimentare di calcio, ma le concentrazioni variano notevolmente a seconda della fonte idrica. Il calcio influisce anche sulla chimica delle acque dolci; gli effetti della durezza sugli organismi acquatici dipendono dalla specie e dalle caratteristiche chimiche complessive dell'acqua.
Rimozione del calcio dall'acqua
L'addolcimento dell'acqua riduce il contenuto di calcio e magnesio. Gli addolcitori a scambio cationico sostituiscono questi ioni con ioni sodio; l'addolcimento con calce può rimuovere il calcio modificando gli equilibri chimici dei carbonati e facendo precipitare il carbonato di calcio. Anche i processi a membrana possono rimuovere gli ioni disciolti nell'ambito di una depurazione più ampia dell'acqua. La scelta dipende dall'analisi dell'acqua, dallo scopo del trattamento e dalle modalità di gestione della salamoia, dei fanghi o del concentrato risultanti. Scopri di più sullo scambio ionico.