The kinetics of the thermal degradation of calcium carbonate

Abstract

The decomposition of calcium carbonate fine powder in a flowing nitrogen atmosphere has been investigated by non-isothermal thermogravimetry at heating rates in the range, 10–50 deg min⁻¹. The analog percentage weight change record was digitized at 1 deg intervals. The resulting data, transformed into dimensionless extents of reaction and calculated rates of reaction, was then subjected to the Arrhenius, Friedman and Generalized Kissinger analyses, using a recently developed FORTRAN program system. The value ofn namely 0.39 ±0.04, resulting when the data is analyzed assuming an nth order reaction, strongly indicates that the most probable rate controlling step is a three-dimensional diffusion process (D4 mechanism), withE=172.4 kJ·mol⁻¹ andA=1.97·10⁴ K⁻¹·min⁻¹. Reasons for the wide disparity in previously reported kinetic data are discussed.

Zusammenfassung

Die Zersetzung von feinpulvrigem Calciumcarbonat im Stickstoffstrom wurde durch nicht-isotherme Thermogravimetrie bei Aufheizgeschwindigkeiten von 10–50 °C/min untersucht. Die analoge prozentuale Gewichtsverlustregistrierung wurde in Intervallen von einem Grad digitalisiert. Die erhaltenen, in solche eines dimensionslosen Reaktionsgradcs überführten Daten und berechnete Reaktionsgeschwindigkeiten wurden der Arrhenius-, der Friedmann- und einer verallgemeinerten Kissinger-Analyse unterzogen, wobei ein kürzlich aufgestelltes FORTRAN-Programm benutzt wurde. Der unter der Annahme einer Reaktion n-ter Ordnung fürn erhaltene Wert von 0.39 ±0.04 ist ein nachdrücklicher Hinweis darauf, daß der geschwindigkeitsbestimmende Schritt höchstwahrscheinlich ein dreidimensionaler Diffusionsprozeß (D4-Mechanismus) mitE=172.4 kJ·mol⁻¹ undA=1.97·10⁴ K⁻¹·min⁻¹ ist. Gründe für die weitreichende Verschiedenheit der bisher mitgeteilten kinetischen Daten werden diskutirt.

Резюме

Разложение порошкоо бразного карбоната кальция было исследо вано неизотермическ ой термогравиметрией в потоке азота при скор остях нагрева 10–50° в минуту. П роцент изменения веса, снима емый в виде аналогово го сигнала, был превращен в цифро вую форму с интервалом в 1∘. Конечн ые данные, преобразов анные в безразмерные степен и реакции и вычисленные скорост и реакции, были затем, и спользуя недавно разработанн ую программу фортран, представлен ы в уравнения Аррениу са, Фридмана и обобщенное уравнен ие Киссинджера. Когда данные анализи ровались в предполож енииn-порядка реакции, зна чениеп=0,39 ±0,04 показало, что наиболе е вероятной стадий контролирующей скор ость, является трeхраз мерный диффузионный процес с (Д4 механизм) сE=172, 4 кдж·м оль⁻¹ и А=1,97·10⁴ К⁻¹·мин⁻¹. Обсуждены причины бо льшою несоответстви я ранее приведенных кинетич еских данных.