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1 [email protected], Kalkvortrag RUB 07.05.2013 Kalk: Produktion und Anwendungen Dr. Heiko Saure Rheinkalk GmbH Am Kalkstein 1 42489 Wülfrath [email protected]

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1 [email protected] , Kalkvortrag RUB 07.05.2013

Kalk:Produktion undAnwendungen

Dr. Heiko Saure

Rheinkalk GmbHAm Kalkstein 1

42489 Wülfrath

[email protected]

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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

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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

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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.

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• 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 %

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1

2

3

4

5

6

7

Kalkstein ZufuhrBrennstoffAufbereitung

Entstaubung

Vorwärmer

Ofen

KühlerKalkVeredelung

ProzessProzess KalkKalk --DrehrohrofenDrehrohrofen

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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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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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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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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

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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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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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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

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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

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Braunkohle Tagebau in der LausitzTagebau, Kraftwerke und Bergbaufolgeseen

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Seenkalkung –einfach, schnell, flexibel, kostengünstig

Spreading

Vom LKW zum See ins Wasser

auf dem Wasser Beladung mit dem Reagenz Verteilung

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Danke…

für IhreAufmerksamkeit!