Kalzinieren

Das Kalzinieren, auch Calcination genannt, ist ein thermischer Prozess. Dabei wird ein Feststoff unter hohen Temperaturen behandelt. Diese liegen typischerweise zwischen 400 °C und 1000 °C, jedoch stets unterhalb des Schmelzpunkts des Materials. Das Ziel besteht darin, chemische oder physikalische Umwandlungen im Stoff herbeizuführen. In der Regel erfolgt der Prozess unter atmosphärischen Bedingungen. Meist wird kontinuierlich gearbeitet. Die Anwesenheit von Luft oder Sauerstoff ist häufig gegeben, da viele Reaktionen dies erfordern. Sie ist jedoch nicht zwingend notwendig. In manchen Fällen erfolgt die Kalzination unter einer Schutzgasatmosphäre, um Oxidationen zu vermeiden.

Kalzinieren ist ein Oberbegriff für verschiedene thermische Prozesse. Dazu gehören beispielsweise Entsäuerung, Reduktion, Oxidation oder die Entwässerung kristalliner Wasseranteile. Verwandte Verfahren sind die Pyrolyse und die thermische Zersetzung organischer Bestandteile. Auch Sintern, Rösten oder Veraschen sind inhaltlich angrenzend. In der Regel verläuft die Kalzination endotherm. Dabei werden Reaktionsprodukte wie Kohlendioxid, Wasser oder Ammoniak freigesetzt.

Je nach Anforderung kommen unterschiedliche Ofentypen zum Einsatz. In Drehrohröfen beträgt die Verweilzeit typischerweise 0,5 bis 3 Stunden. Tunnelöfen arbeiten mit Zeiten von 2 bis 12 Stunden. In Schachtöfen können Verweilzeiten von 4 bis 30 Stunden auftreten. Wirbelschichtöfen ermöglichen mit 0,5 bis 10 Minuten besonders kurze Verweilzeiten.

In der Regel werden die Rohstoffe vor der Kalzination zerkleinert und homogenisiert. Das Ziel besteht darin, eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung zu erreichen. Je feiner die Partikel sind, desto größer ist ihre Reaktionsoberfläche. Dadurch verbessert sich auch die Wärmeübertragung im Reaktor. Eine homogene Zusammensetzung des Rohstoffgemischs ist Voraussetzung für eine vollständige Reaktion. Gyraton® Silomischer können große Chargen ideal genau homogenisieren. Nach der Kalzination kommt es häufig zu Versprödung und Agglomeration. Daher wird im Anschluss häufig eine Zerkleinerung durchgeführt.

Zur Einsparung von Energie und Ressourcen werden vereinzelt alternative Verfahren eingesetzt. Hierzu zählen nasschemische oder biologische Methoden. Diese unterscheiden sich in Bezug auf Prozessdauer, Selektivität und Umweltverträglichkeit. Die thermische Kalzination bietet eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit und eine sterilisierende Wirkung, allerdings wird hierfür kein Wasser benötigt. Andererseits ist der Energieverbrauch hoch. Nasschemische Verfahren sind dagegen fein steuerbar und selektiv. Sie erfordern zumeist umweltkritische Medien wie Säuren oder Laugen. Die Rückstände müssen geklärt werden. Biologische Verfahren wie das Bioleaching sind energieeffizient und umweltschonend. Sie sind jedoch zeitaufwendig und nur auf wenige Stoffsysteme anwendbar. In besonderen Fällen kann der Gyraton®-Mischsilo als Fermenter arbeiten.

Die Apparate von amixon® können die Effizienz von Kalzinationsprozessen verbessern. Staubige Pulver lassen sich im Ringschicht-Mischagglomerator kontinuierlich agglomerieren. Dabei bleibt die Porosität der Feststoffe erhalten. Dadurch werden Materialverluste reduziert.

In Gyraton®-Mischsilos können große Rohstoffmengen homogenisiert werden. Eine gleichmäßige Zusammensetzung erleichtert die Prozessführung.

Mit Intensivmischern von amixon® lassen sich feinste Zuschlagstoffe präzise in Pulvergemischen verteilen. Auch sehr geringe Mengenanteile lassen sich zuverlässig einarbeiten. Dies verbessert die Kalzinier- und Sinterprozesse.

Nach einer nasschemischen Behandlung verkürzen die Kontakttrockner von amixon® die Trocknungszeit. Dies ist sowohl chargenweise als auch kontinuierlich möglich. In vielen Fällen ist eine Trocknung unter Anlegung eines Vakuums sinnvoll. Dies gilt insbesondere für temperaturempfindliche Salze, in denen Enzyme oder Mikroorganismen erhalten bleiben sollen.