Herstellung von Kalk oder Dolomitkalk

Kalköfen bilden den Kern des Prozesses, indem sie die Carbonate in das entsprechende Oxid ‒ Kalk oder Dolomitkalk ‒ umwandeln, welche das Spektrum der Eigenschaften und Anwendungen extrem vergrößert.

 

  

 

 


 

Die chemische Umwandlung der Carbonate erfordert einen erheblichen Energieaufwand und ist wirtschaftlich nur in großen Industrieanlagen möglich. Dafür werden verschiedene Technologien angewandt, hauptsächlich kommen Drehrohr- und Schachtöfen zum Einsatz.

 

 

 

Mehr über Drehrohröfen

Der Drehrohrofen ist ein langes, geneigtes Rohr mit einer Länge von bis zu 100 m, das mit Steingrößen von 15 bis zu 45 mm gespeist wird.

 

Durch die Drehung und Neigung des Ofenrohres können die aufgegebenen Steine von oben nach unten rollen. Das Materialbett im Ofen nimmt nur 10 % des Volumens ein. Der verbleibende Raum wird von der Ofenflamme sowie den Prozessgasen eingenommen. 

Die Ofendurchlaufzeit für das Material beträgt lediglich 6 bis 8 Stunden. Das Carbonat wird einem allmählichen Temperaturanstieg ausgesetzt, bevor es teilentsäuert die eigentliche Entcarbonisierungszone erreicht und der höchsten Temperatur zugeführt wird. Dies findet in der Nähe der Brennerlanze statt, in die die Brennstoffe injiziert werden. Für Drehrohröfen verwendet man meist Mehrstoffbrenner, in die unterschiedliche Brennstoffe gleichzeitig dosiert werden können. Die Flammenform kann durch die Geräteeinstellungen des Brenners von scharf und kurz auf lang in den Ofen hinein verändert werden.

Drehrohröfen erzeugen Kalk mit kontrollierter Reaktionsfähigkeit und sorgen für eine vollständige Entcarbonisierung mit sehr geringen Restgehalten an CO2. Diese Öfen werden verwendet, um Produkte mit sehr definierten Eigenschaften, wie schwefelarmen Kalk oder besonders reaktionsfähigen Kalk/Dolomitkalk, zu liefern und tragen durch Nutzung der kleineren Steinfraktionen wesentlich zur Ressourcenschonung bei.

Mehr über Schachtöfen

Normalschachtöfen

Diese Schachtofenart wird gewöhnlich als eine Gruppe von Öfen konstruiert, in denen der Kalkstein (oder Dolomit) mit festem Brennstoff (Kohle, Koks etc.) vor dem Einschleusen in den Ofen vermischt wird. Zur Abkühlung des Kalks am unteren Ofenaustrag wird Luft in den Ofen eingeströmt, die im oberen Teil als Verbrennungsluft für die mit dem Gestein vermischten, festen Brennstoffen dient. Diese Öfen können sehr hohe Spitzentemperaturen erzeugen und sind daher gut geeignet, um Kalk mit niedrigen Reaktionsfähigkeiten zu erzeugen; sogar sogenannter totgebrannter (gesinterter) Dolomit kann mit diesem Ofentyp produziert werden. 

In manchen Schachtöfen kann zusätzlich auch Brennstoff durch Lanzen in Verbrennungszonen hinzugegeben und so ein starker Temperaturanstieg erzeugt werden.

Ringschachtöfen

Ringschachtöfen sind eine Erweiterung der Normalschachtöfen. Um einen Ofen mit alternativen Brennstoffen betreiben zu können, wird er mit externen Brennkammern auf zwei Ebenen ausgerüstet. Auf jeder Ebene gibt es je nach Größe des Ofens entweder 4 oder 5 Brennkammern. Bei diesen Öfen formt ein innerer Zylinder außen einen Ring, wodurch die Steinschüttung von oben nach unten zum Austrag durch die Schwerkraft transportiert wird, daher auch der Name „Ringschachtofen“.

Durch den rezirkulierenden Gasstrom im leeren zentralen Zylinder kann der wirksame Entcarbonisierungsbereich bis zu den unteren Brennern verlängert werden. Dies ermöglicht die Erzeugung eines Kalks mit erhöhter Reaktionsfähigkeit, wozu ein gewöhnlicher Schachtofen nicht fähig ist.

Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Ofen (GGR)

Der GGR-Ofen ist ein leistungsstarker Schachtofen mit 2 oder 3 Schächten, die durch einen zentralen Überströmkanal miteinander verbunden sind. Über Lanzen, die auf verschiedenen Ebenen in der Steinschüttung positioniert sind, wird die Calcinationsenergie zugeführt. Einige Öfen sind mit 19 Lanzen ausgestattet; moderne Öfen verfügen über 33 Lanzen in jedem Schacht. GGR-Öfen werden abwechselnd im Brenn- und Vorwärmzyklus betrieben. Wenn ein Schacht (1) im Brennmodus läuft, erhält er Energie direkt über die Lanzen aus dem unteren Teil des Schachtes (1), während der andere Schacht (2) oben vorgewärmt wird, indem das Abgas des zweiten Schachtes (1) über den Überstromkanal seine Energie auf den Kalkstein überträgt. Etwa alle 12 Minuten wird die Brennstoffzuführung unterbrochen und die Aktivität in jedem Schacht wird umgekehrt ‒ der Schacht im Brennmodus wechselt auf den Vorwärmmodus und umgekehrt. Die Temperatur des Betts steigt immer wieder zyklisch an, während sie in der Vorwärmphase im Ofen nach unten sinkt und in der Brennphase das Temperaturniveau an der Lanzenspitze erreicht. Danach folgt eine Kalzinierungsphase bei mittlerer Temperatur (weniger als 1.100° C) für einen Zeitraum von 9 Stunden. Dadurch wird die Produktion von reaktionsfähigem Kalk sichergestellt. Das zyklische Vorwärmen in Verbindung mit der Wiederverwendung von Gas in den oberen Abschnitten des Schachts verleiht diesen Öfen einen ausgezeichneten thermischen Wirkungsgrad.

Ein Vergleich der Ofentechnologien

Produktion

Die Kapazitäten von industriellen Kalkbrennanlagen sind unterschiedlich: Schachtöfen können etwa ab 60 Tonnen Fertiggut am Tag erbringen, die neuesten GGR-Öfen (wie 2008 von Lhoist in Brasilien eingeführt) liefern bis zu 800 Tonnen am Tag und moderne Drehöfen mit vertikalen Vorwärmern können bis zu 1.250 Tonnen am Tag produzieren.

 

Energieeffizienz

Auch die Energieeffizienz moderner industrieller Öfen variiert. Sie reicht von 55 % bei Drehöfen, die mit Vorwärmern ausgestattet sind, bis zu über 80 % bei GGR-Öfen.

 

Größe des Ofenkalksteins

Die Größe der Steine, mit denen Öfen beschickt werden, hängt von der angewendeten Technologie ab. Schachtöfen können feine Körngrößen nicht verwenden und werden gewöhnlich mit 25 bis 180 mm großen Steinen betrieben. Drehöfen können für einen optimalen, nachhaltigen Steinbruchbetrieb mit kleineren Korngrößen beschickt werden.

Die gewählte Technologie richtet sich nach den geforderten Produktqualitäten des Marktes und soll eine möglichst ausgeglichene Steinbruchentwicklung und effiziente Ressourcennutzung fördern. Um die Wahl der richtigen Technologie für einen Ofen festlegen zu können, ist es grundlegend, die vom Kunden geforderten Produkteigenschaften und die Eigenschaften der in unseren Lagerstätten verfügbaren Gesteine zu kennen.