Die Beiträge in dieser Kategorie befassen sich detailliert und unter Berücksichtigung wissenschaftlicher Aspekte mit Reaktivität von Branntkalk.
Das Brennen von Kalkstein zu Branntkalk gehört seit der Antike zu den elementaren industriellen Prozessen. Wurde in früherer Zeit die größte Menge des produzierten Branntkalkes primär als Baustoff eingesetzt, verteilt sich die heutige industrielle Anwendung auf eine Vielzahl von Prozessen und Einsatzgebieten. Branntkalk wird unter anderem in der chemischen Industrie, der Stahlindustrie, der Landwirtschaft, der Bauindustrie und dem Umweltschutz weiterverarbeitet. Korrespondierend zur großen Zahl der Einsatzgebiete gibt es eine Vielfalt von Produktanforderungen. Alle diese Prozesse stellen spezifische Anforderungen an die Qualität des Kalkes z. B. bezüglich der Reinheit oder der Homogenität. Von besonderer Bedeutung ist dabei vor allem die Reaktivität des erzeugten Branntkalkes, um die Folgeprozesse sicher und qualitätsgerecht steuern zu können. Dabei benötigen unterschiedliche Anwendungen zum Teil sehr verschiedene Reaktivitäten, die aber ihrerseits kaum Schwankungen aufweisen dürfen.
Autoren: Dr. Sonja Hogewoning, Christine Mehling
Abhängig von Anwendungs- und Fachgebieten ist der generelle Begriff „Reaktivität“ zum Teil mit einer unterschiedlichen Bedeutung belegt. Im Bereich der hier vorliegenden Fragestellung der Kalkanwendung beschreibt die Branntkalkreaktivität die Umsetzungsgeschwindigkeit des Calciumoxides mit dem Reaktionspartner Wasser im sog. „Löschprozess“. Diese Reaktion verläuft nach der chemischen Gleichung:
Autoren: Dr. Sonja Hogewoning, Christine Mehling
WUHRER (1959) und RAMACHANDRAN, SEREDA & FELDMAN (1964) beschreiben den Hydratationsprozess während der Nasslöschung als eine Auflösung des CaO mit anschließender Ca(OH)2-Kristallisation aus der flüssigen Phase, bei der Kristallitgrößen von 10 -6 bis 10 -4 cm erreicht werden (NEY 1958). Die geschwindigkeitsbestimmenden Faktoren bei diesem Prozess sind in erster Linie die spezifische Oberfläche des CaO, definiert über die Parameter Rohdichte, Porosität, Mahlfeinheit und Porengrößenverteilung und das Gefüge des CaO, hier vor allem die Größe und der Fehlordnungsgrad der Kristallite. Zusammen bestimmen sie die Aktivität der dem Wasser dargebotenen Angriffsfläche.
Autoren: Dr. Sonja Hogewoning, Christine Mehling
Lange Zeit gab es keine einheitlichen Verfahren zur Bestimmung der Reaktivität. So ermittelt z.B. WUHRER (1953) die Temperaturabhängigkeit der Löschgeschwindigkeit in einem Dewar-Gefäß mit 20 g Branntkalk und 200 cm³ Wasser bei verschiedenen Ausgangstemperaturen. Dabei ermittelt er die Löschzeit als Maß für die Löschgeschwindigkeit, indem er die Zeit bis zum Erreichen der Maximaltemperatur ins Verhältnis zum Mittelwert von Start- und Höchsttemperatur setzt.
Autoren: Dr. Sonja Hogewoning, Christine Mehling
Im Rahmen eines Foschungsprojektes der Forschungsgemeinschaft Kalk & Mörtel sollte die zuvor übliche Methode zur Bestimmung der Reaktivität von Branntkalken mittels Nasslöschkurve (DIN EN 459-2) mit einer verbesserten Auswertemethode versehen werden, die die gemessenen Werte wesentlich differenzierter analysiert und somit zu präziseren Aussagen führt. Die generierten Daten werden durch vergleichende Untersuchungen mit den Produktparametern verknüpft. Um die Umsetzung und Anwendbarkeit der Auswertemethode in der täglichen Laborroutine der Kalkwerke zu gewährleisten, sollte diese in ein Softwaremodul eingebettet werden. Der Anwender erhält damit ein Werkzeug zur zielgerichteten und optimierten Prozesssteuerung in Hinblick auf Rohstoffkontrolle/-planung, Ofenführung und Qualitätsüberwachung des Branntkalkes.
Autor: Tristan Niewisch
Ein signifikanter Kennwert bei der Reaktivität von Branntkalk ist der Zeitpunkt, an dem erstmalig das Maximum eines ermittelten Temperaturmesswertes erkannt wird. Dieser Zeitpunkt wird in der DIN EN 459-2 mit T´max bezeichnet. Die richtige Bestimmung des Zeitpunktes bildet einen wesentlichen Kern der Datenauswertung. Die Ermittlung dieses grundlegenden Kennwerts erfolgt bei der Messsoftware pdv-nlk 3 durch das nachfolgend beschriebene Verfahren.
Autor: Dr. Sonja Hogewoning
Die industrielle Produktion von Branntkalk erfolgt durch das Brennen von Kalkstein. Der Hauptbestandteil von Kalkstein ist Calciumcarbonat, welches bei Normaldruck ab einer Temperatur von 896 °C unter Freisetzung von Kohlendioxid entsäuert (sogenannte Calcination):
Autoren: Dr. Sonja Hogewoning, Dipl.-Labchem. Christine Mehling, Dipl.-Inf. Diethard Wettrau, Prof. Dr. Albrecht Wolter
Die Bestimmung der Branntkalkreaktivität mittels Nasslöschkurve wurde um eine Methode zur Ermittlung verzögerter Endreaktionsanteile und eine präzisere Bestimmung des Reaktionsendpunktes erweitert. Basierend auf der Hypothese, dass bei idealer Löschreaktion die Ableitung der Nasslöschkurve einer logarithmierten Gaussverteilungskurve folgt und Asymmetrien im Endstadium des Kurvenverlaufs auf Anteile mit verzögerter Reaktivität zurückzuführen sind, wurden mathematische Regeln zur Ermittlung der Ableitung und Anpassung von Gaussverteilungskurven entwickelt.
Ziel der Forschungsarbeit (Forschungsbericht Nr. 2/10 der Forschungsgemeinschaft Kalk und Mörtel e.V.) war die Entwicklung einer modifizierten und verbesserten Auswertung der mit der Bestimmung der Nasslöschkurve generierten Daten. Aufgrund des aufwändigen mathematischen Ansatzes der Methode (Differentialrechnung, Kurvenfitting etc.) war hierzu eine softwaregestützte Anwendung erforderlich, um das Verfahren auch in der täglichen Laborroutine einsetzen zu können.
Schwerpunkt der Forschungsarbeit (Forschungsbericht Nr. 1/08 der Forschungsgemeinschaft Kalk und Mörtel e.V.) ist die Beeinflussung der Branntkalkeigenschaften durch Kalkstein- und Brennparameter, die lagerstättenunabhhängige Aussagen zum Einfluss einzelner Kalksteinparameter auf das Brennverhalten liefern sollen.