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1 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Kalk:Produktion undAnwendungen
Dr. Heiko Saure
Rheinkalk GmbHAm Kalkstein 1
42489 Wülfrath
2 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Was Was istist KalkKalk ??
KalkKalk GrundlagenGrundlagen -- ÜÜbersichtbersicht
WofWof üürr wirdwird KalkKalk gebrauchtgebraucht ??
WieWie wirdwird KalkKalk hergestellthergestellt ??
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Rheinkalk Rheinkalk StandorteStandorte
Werk Flandersbach
Werk Dornap
Werk Salzhemmendorf
Werk Hönnetal Rheinkalk HDW
Rheinkalk Hagen-Halden
Werk Middel
Rheinkalk Akdolit
Werk Messinghausen
Rheinkalk Grevenbrück
KalkgesteinDolomitgestein
950 Beschäftigte
ca. 3 mio t gebrannte Produkte
ca. 9 mio t ungebrannte Produkte
Film
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Stahl-industrie: 40 %
Umwelt-schutz: 20 %
Baustoff-industrie: 25 %
ChemischeIndustrie: 15 %
Baustoff-industrie: 5 %
Stahl-industrie: 55 %
Umwelt-schutz: 20 %
ChemischeIndustrie: 20 %
Deutschland 7,0 Mio tWerk Flandersbach 1,70 Mio t
Kalkmarkt Deutschland/Flandersbach(gebrannte Produkte)
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Deutschland
Gebirge
Landmasse
Schelf
Geologie/GeographieMitteleuropa im Devon
ÄÄquatorquator
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LagerstLagerst äätte tte WWüülfrathlfrath --FlandersbachFlandersbach
Kalkgestein• Oberdevon ca. 370 - 375 Mio. Jahre alt
Mächtigkeit 250 - 350 m• ∅∅∅∅ Zusammensetzung
– CaCO3 96 - 97 %– MgCO3 1,0 - 1,5 %– SiO2 1,0 - 1,5 %– S < 0,02 %
• Hier fördern wir ca. 7 Mt Rohstein pro Jahr
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Fauna: devonischer Massenkalk
Riffbewohner: Kalkschwämme, Korallen, MuschelnSchnecken; Armfüssler ( Brachiopoda )
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Kalkstein
Der Rohstoff für alle Kalkprodukteist ein natürlicher Stein: Kalkstein , er besteht zum aller-größten Teil aus Calciumcarbonat.Kistallstruktur: Calcit = Kalkspat; Aragonit, VateritVorkommen: Kalkstein, Marmor, Muschelkalke, Tropfsteine, Kreide
Chemische Formel: CaCO3Dichte 2,93 g/ cm3 ; löst sich in Salzsäure auf
Dolomit
Wenn Kalkstein eine größere Portion Magnesium enthält, nennt man es: Dolomit, oder Dolomitstein.
Chemische Formel: CaCO3 x MgCO3Dichte 2,9 g/cm3 ; löst sich nur sehr langsam in Säure
RohmaterialienRohmaterialien ffüürr KalkKalk
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Kalk – ein unentbehrlicher Rohstoff
Calcit CaCO3sehr viele verschiedene Kristallformen !!Kristallgitter : trigonal
Dolomit CaMg(CO3)2oft gelbbraun oder braune Färbungen !Kristallgitter : rhombisch
hier : typisch sattelförmige Kristalle
AragonitAragonitTropfsteine Tropfsteine
Sinterterassen, Türkei
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Branntkalk
Branntkalk (Calciumoxid, oderStückkalk, oder Weißfeinkalk), wird durch Brennen von Kalk-stein bei Temperaturen oberhalb900°C hergestellt. Dieses hoch-reaktive Produkt ist für sehr vieleindustrielle Prozesse von großerBedeutung.Chemische Formel: CaO
Dolomitkalk
Dolomitkalk (oder Dolomit, oder gebrannter Dolomit) wird durch Brennenvon Dolomitstein hergestellt. Weichbrannt-Dolomit und Sinterdolomit un-terscheiden sich nur durch ihren Brennprozess.
Chemische Formel: CaO x MgO
Was Was istist KalkKalk ??
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Kalkhydrat
Kalkhydrat (Calciumhydroxid, Weißkalk-hydrat oder Löschkalk) ist ein trockenesPulver, hergestellt durch kontrolliertesReagieren von Weißfeinkalk mit Wasser. Diese Reaktion setzt Wärme frei.
Chemische Formel: Ca(OH)2
Kalkmilch
Kalkmilch ist eine Aufschlämmung (Sus-pension) von Kalk in Wasser. Dieses saubere und sichere Produkt eröffnetkostengünstige Lösungen, weil es sicherund einfach in der Handhabung ist.
Was Was istist KalkKalk ??
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KalkBrennen
2
Kalk Herstellprozess
KalksteinGewinnen &Aufbereiten
1
KalkVeredeln
3
Kalkstein Kalk
WieWie wirdwird KalkKalk hergestellthergestellt ? ?
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Bohren
WieWie wirdwird KalkKalk hergestellthergestellt ? ?
Sprengen Brechen Waschen
KalksteinGewinnen &Aufbereiten
1
Sprengen Laden &Transport
Brechen WaschenKlassieren
Lagern
14 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
KalkBrennen
2
BeschickenAbziehen KühlenBrennenBrennstoffZufuhr
Ent-stauben
KalksteinGewinnen &Aufbereiten
1
WieWie wirdwird KalkKalk hergestellthergestellt ? ?
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FeingutGrobgut
Aufgabe
Feingut
Wie funktioniert das Sichten?Wie funktioniert das Sichten?
WieWie wirdwird KalkKalk hergestellthergestellt ? ?
Lagern Mahlen/SichtenBrechen Verladen Transport
KalkVeredeln
3Kalkstein
Gewinnen &Aufbereiten
1
KalkBrennen
2
Mahlen
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HitzeKalkstein KalkKohlenstoff-dioxid++
• Man braucht ca. 2 Tonnen Kalkstein für 1 Tonne Kalk• Theoretisch benötigt man 3,1 GJ für die Herstellung
einer Tonne Kalk ~ 130 kg/t Braunkohlenstaub• In der Praxis liegt der Wert zwischen 3,9 und 10 GJ pro
Tonne Kalk je nach verwendetem Ofentyp
WieWie wirdwird KalkKalk hergestellthergestellt ? ?
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KalkKalk --QualitQualit äätenten
Weichbranntkalk Wülfrathca. 2500 fach vergrößert
RRaster-EElektronen-MM ikroskopieMikrogefüge von Weichbranntkalk, Bruchfläche
0,010m0,010m
mm
18 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
KalkKalk --QualitQualit äätenten
Hartbranntkalk Wülfrathca. 2500 fach vergrößert
0,010m
m
RRaster-EElektronen-MM ikroskopieMikrogefüge von Hartbranntkalk, Bruchfläche
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BrennenBrennen> 900 > 900 °°CC
KalksteinKalksteinCaCOCaCO33
KalkKalkCaOCaO
KalkhydratKalkhydratCa(OH)Ca(OH)22
LLööschenschen
RecarbonaRecarbona --tisierentisieren
technischertechnischer
KalkKalk --kreiskreis --lauflauf
CaCaOO
CC
OOOO
CaCa OO
OOHH HH
CaCa OOOOHH HH
OO CC OO
OO CC OO
01. C. 06.
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CaCO3
CaO
Ca(OH)2
CaCO3
+ H2O
+ CO2- H2O- CO2
Ene
rgie
-Inh
alt
ca. 40 %Abgabe
ca. 60 %Abgabe
Kal
kbre
nnen
Kal
kbre
nnen
Kalkl
Kalkl öö
schen
schen
Recarb
on
atisierenR
ecarbo
natisieren
EnergievorgEnergievorg äänge Kalkkreislaufnge Kalkkreislauf
Zeit
100 %Aufnahme
01. C. 06.
21 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
• Brennen von Kalkstein– CaCO3 � CaO + CO2
1,78 t 1t + 0,78 t
• Verbrennen von Braunkohlestaub– C + O2 � CO2
0,12 t 0,44 t
• Gesamtbilanz Kalkbrennen– 1,22 t CO2 pro t Kalk
(0,78 t CO2 für Kalk +0,44 t CO2 für Prozesswärme)
OfenMittlerer
Energieverbrauch [GJ/to Produkt]
Maerzofen 3,9Ringschachtofen 4,3Normalschachtofen 4,4Drehrohrofen mit Vorwärmer 5,6Drehrohrofen ohne Vorwärmer 7,5
CO2 im Kalkprozess
Emissionen [t CO2/t Produkt]
Kalk 0,7848Dolomit 0,9132
BrennstoffHeizwert (Hu)
[GJ/to]Emissionen [to CO2 /GJ]
Erdgas 35,3 0,056Flüssiggas 45,7 0,065Heizöl EL 42,5 0,074Schweröl 40,8 0,078Altöl 36,6 0,079Steinkohle 29,3 0,093Braunkohlenstaub 22,1 0,096Anthrazit 28,7 0,098Petrolkoks 32,0 0,101Steinkohlenkoks 27,5 0,105
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FeuerfesteAusmauerung
ca. 100 ca. 100 StundenStundenHerstellHerstell --dauerdauer
AntikerAntikerKalkofenKalkofenvorvor ca. 3.500 ca. 3.500 JahrenJahren
Abdeckung
WieWie wirdwird KalkKalk hergestellthergestellt ? ?
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ÖÖfen ffen f üür das KALKbrennenr das KALKbrennen
MaerzMaerz--OfenOfenoderGGleichstrom-GGegenstrom-RRegenerativ-Ofen
KalkbrennenKalkbrennen ::
Durchlaufzeit ca. 36 Std.3,9 GJ/t Kalk (WB)Wirkungsgrad ca. 80 %
24 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
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Kalkstein ZufuhrBrennstoffAufbereitung
Entstaubung
Vorwärmer
Ofen
KühlerKalkVeredelung
ProzessProzess KalkKalk --DrehrohrofenDrehrohrofen
25 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Wasser, Boden , Gas, Düngemittel,
Zucker , Soda , Stabilisator, Farbe ,
Beschichtungen , Mörtel , Stuck,
Zement, Leder, Roheisen , Stahl,
Kunststoff (PO), Glas , Papier,
Petrochemikalien , Pharmazeutika
WofWof üürr wirdwird KalkKalk gebrauchtgebraucht ? ?
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Stahl Stahl HerstellungHerstellung
Branntkalk reagiert mit den Verunreinigun-gen und bildet eine basische Schlacke. Dolomit beschleunigt die Schlackenbildungdurch erhöhte Schaumbildung.
Dolomitkalk erhöht die Lebensdauer derfeuerfesten Ausmauerung des Konvertersund schützt ihn vor den aggressiven Verun-reinigungen im heißen Metall. AddierterDolomit erhöht das MgO in der Schlackeund schützt durch seine hervorragendePufferkapazität. MgO-Partikel sind ein ex-cellenter Schutz für die Ausmauerung. DerMgO-Überschuss fällt Verunreinigungen, schützt Feuerfestmaterial und stopftLöcher, sodass Reparaturen vermindertwerden.
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KalkKalk in in derder GlasindustrieGlasindustrie
Dolomit wird hauptsächtlich beider Float-Glasherstellung einge-setzt. Diese Magnesiumquellestabilisiert die Glasphase und erhöht die Beständigkeit gegennatürliche und chemischeAngriffe.
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�� Kalkstein, DolomitKalkstein, Dolomit und Soda Soda werden auch in der GlasindustrieGlasindustrie gebraucht.
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KalkKalk zur Herstellung von Soda
�� KalksteinKalkstein (CaCO3) wird bei der Herstellung von SodaSoda (Na2CO3) aus Steinsalz (NaCl) benötigt.
�� SodaSoda ist ein wichtiger Rohstoff für die Produktion
von WaschmittelnWaschmitteln .
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KalkKalk in der Chemie
�� KalkKalk ist ein wichtiges Reaktionsmittel bei
chemischen Synthesen, z.B. bei der
Herstellung von Propylenoxid für die
KunststoffsyntheseKunststoffsynthese.
�� KalksteinKalkstein braucht man ebenso für die
Herstellung von Arznei-mitteln (z.B. CalciumCalcium --
tabletten , Zahncreme (PCC)Zahncreme (PCC) und KosmetikaKosmetika )).
� Bei der Herstellung von Farben und Lacken ist KalksteinKalkstein ein wichtiger Bestandteil.
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KalkKalk in in derder PapierindustriePapierindustrie
Kalk wird traditionell zur Rückbildung derkaustischen Soda, Rückstand der Papier-breiherstellung, in Natriumcarbonat einge-setzt.
Hochreines Calciumcarbonat wird durcheine Reihe sorgfältig kontrollierter Reak-tionen zu gefälltem Calciumcarbonat (PCC). Weißfeinkalk wird mit Wasser zu einer Kalk-milch verrührt und CO2-Gas hinzugefügt. Das Reaktionsprodukt ist ein sehr feinesgefälltes Calciumcarbonat (CaCO3). DiesenFüllstoff setzt die Papierindustrie zur Erhö-hung des Weißgrades, der Lichtechtheitund der Beschaffenheit ein.
Kalk wird auch zur Wasserenthärtung fürdas Prozesswasser genutzt.
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31 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
KalkKalk in in derder LandwirtschaftLandwirtschaft
Verschiedene Mischungen aus Kalk, Kalkstein und Dolomit werden in derLand- und Forstwirtschaft zur Ver-minderung des Säuregehalts im Bo-den und zur Erhöhung der Calcium-bzw. Magnesiummineralien einge-setzt.
Diese Mineralien sind für die Gesundheit der Pflanzen und den Ernte-ertrag sehr wichtig.
In der Forstwirtschaft stimulieren Dolomitprodukte die Photosynthese, da sie die Säuren im Boden neutralisieren, verbessern die Mineralien-aufnahme und erhöhen damit wesentlich die Produktivität der Wald-wirtschaft.
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32 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
KalkKalk in in derder BauwirtschaftBauwirtschaft
Weißfeinkalk setzt man zur Bodenstabilisie-rung, z. B. Trockenlegung und Bodenver-besserung feuchter oder tonhaltiger Bödenein.
Kalk wird immer häufiger zum Verfüllen des ausgebaggerten Materials in städtischenRegionen verwendet.
Kalkhydrat verbessert die Haltbarkeit von Asphaltgemischen für den Straßenbau. Ererhöht die Widerstandsfähigkeit gegen die Asphalt-Ablösung, vermindert die Spurril-lenbildung und beugt der Alterung vor.
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33 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Baumeister nutzten die Eigenschaften des Kalkes über Jahrtausende, wie bei den ägyptischen Pyramiden oder der chinesi-schen Mauer. Heute setzt man kalkhaltigeMörtel beim Hausbau, in Putzen und beiHausfassaden ein.
Außerdem, Kalk wird immer mehr für die Herstellung moderer Baustoffe wie Poren-beton und Kalksandstein genutzt. Diesehochwertigen Materialien haben ausge-zeichnete Wärme- und Schallisoliereigen-schaften und sind leicht zu verarbeiten.
BaustoffindustrieBaustoffindustrie
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Flüssigboden
35 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Entschwefelung
In Kraftwerken und anderen In-dustrieunternehmen verursachtdie Verbrennung von Braunkohle, Kohle oder Heizöl die Emission von Schwefeldioxid (SO2).
AbgasreinigungAbgasreinigung
Auch Verbrennungsanlagen für Hausmüll und Industrieabfälle emittierenSO2. Wird es nicht absorbiert, gelangen saure Abgase in die Luft und schädigen durch sauren Regen Gebäude, Böden und den Wald.
Häufig wird das SO2 mittels Kalksteinmehl oder Kalkmilch neutralisiert. Bei der Neutralisation entsteht zuerst Calciumsulfit, das durch Luftsauer-stoff zu Calciumsulfat, Gips (CaSO4), oxidiert wird. Dieses Produkt kannals Baumaterial recycelt werden.
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36 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
SchlammbehandlungSchlammbehandlung
Kalk erleichtert die Flockung, macht Schlamm stabiler, verhindert die Fäul-nisbildung, reduziert die Geruchsbildung , eliminiert Krankheitserreger und bringtSchwermetallionen in wasserunlösliche Form. Er reichert Schlämme mit Calcium und Magnesium an, so dass sie in der Landwirtschaft wieder gut genutzt werdenkönnen.
Mit Kalk konditionierter Schlamm ist leicht zu verteilen. Bauern nutzen den mitCalcium und/oder Magnesium angereicherten, getrockneten Schlamm zurErhöhung des pH-Wertes und die Verbesserung der Bodenstruktur .
Kalk wird häufig zur Entwässerung und Stabilisierung von kommunalen und industriellen Schlämmen benutzt, bevor sie verbrannt oder landwirt- schaftlichgenutzt werden. Auch zur Behandlung von mit Kohlenwasser- stoffenverschmutzten Böden wird Kalk eingesetzt.
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Trinkwasser
Trinkwasser muss rein sein. Kalk eliminiert unerwünschteorganische Bestandteile und metallische Spurenelemente. Kalk wird auch zum Enthärtenund mineralisieren des Trink-wassers benutzt.
WasserreinigungWasserreinigung
Industrielle Abwässer
Der geregelte Einsatz von Kalkfällt die meisten Schwermetalleals unlösliche Hydroxide, Sulfate oder Phosphate. Weiches Wasser vermindert die Kesselsteinbildung.
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38 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Kalkanwendungen im Bereich Wasser/Schlamm
Trink & Prozess-Wasser
� pH-Stabilisierung� Entcarbonisierung� Entsäuerung� CO2-Entfernung� Aufhärtung� Schwebbettfilter� Flockulation� Schwermetallfällung� Geschmacks-
verbesserung
Abwasser
� Neutralisation� Emulsionsspaltung� Sulfatreduktion� Geruchsbindung� Phosphatfällung� Flockung� Fest/Flüssigtrennung� Adsorbtion� Trübungsverbesserung� Pufferkapazität� Schwermetallfällung
Schlamm
� Eindickung� Entwässerung� Nachkalkung� Hygienisierung� Trockensubstanz-
erhöhung� Sterilisation� Imobilisierung von
Schwermetallen� Verbesserung der Boden-
u. Düngeeigenschaften
39 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in
biologischen Kläranlagen
Kalk neutralsiert und bindet freie Kohlensäure in Form von Hydrogen-carbonat (HCO 3=Puffer) gelöst in Wasser.
Im Kalk-Kohlensäre-Gleichgewicht wird Schlammflocke mit Kalk stabilisiert, sedimentiert leichter und läßt sich besser entwässern.
Der Abbau von Kohlenstoff und Stickstoff bringt Säuren ins Abwasser
40 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Braunkohle Tagebau in der LausitzTagebau, Kraftwerke und Bergbaufolgeseen
41 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013
Seenkalkung –einfach, schnell, flexibel, kostengünstig
Spreading
Vom LKW zum See ins Wasser
auf dem Wasser Beladung mit dem Reagenz Verteilung