Heutiger Stand zur Bestimmung der Reaktivität von Branntkalken mittels Nasslöschkurve

Autoren: Dr. Sonja Hogewoning, Christine Mehling

Im Rahmen eines Foschungsprojektes der Forschungsgemeinschaft Kalk & Mörtel sollte die bisher 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.

Das Forschungsvorhaben dient dazu, die Reaktivitätsbestimmung zu modifizieren und damit zu präzisieren und die ermittelten Daten mit Produktparametern zu verknüpfen. Bisher beruht die Auswertung der gemessenen Daten auf einer Zweipunktmethode, die dazu führt, dass alle anderen ermittelten Punkte in den aufgenommenen Nasslöschkurven und somit deren enthaltenen Informationen nicht in die Auswertung einfließen. Das angestrebte Verfahren hingegen soll den gesamten Kurvenverlauf in der Auswertung berücksichtigen und damit zusätzliche Parameter liefern, die wichtige Informationen für die Steuerung des Produktionsprozesses darstellen. Die Messapparatur stellt ein teiladiabatisches System dar, das über den gesamten Messprozess einen kontinuierlichen Wärmestrom an die Umgebung abgibt, andererseits durch den Blattrührer und dessen Motor kontinuierlich Energie aufnimmt. Diese Wärmeströme haben damit zur Folge, dass eine Bestimmung des Reaktionsendpunktes nicht möglich ist. Deshalb soll der Wärmestrom bestimmt werden und in der Auswertung ebenfalls berücksichtigt werden. Damit soll das teiladiabate System durch Korrekturrechnung in ein theoretisch adiabates System überführt werden, dessen Kennwerte eine präzise Endpunktbestimmung ermöglichen.

Die Auswertung der Nasslöschkurve wird unter Beibehaltung vorhandener und bewährter Apparatur und Messverfahren modifiziert und weiterentwickelt. Die gemessene Nasslöschkurve wird durch Logarithmierung, Interpolation und Differentialrechung aufbereitet und durch Anpassung geeigneter Verteilungskurven ausgewertet.

Die erweiterte Auswertung liefert folgende Kennzahlen:

  • Anzahl und Anteil der Umsatzmaxima (d.h. mono- oder multimodale Verteilung)
  • geometrischer Mittelwert der jeweiligen Maxima
  • Halbwertsbreite der approximierten logarithmischen Normalverteilungen

Diese Erweiterung erschließt wichtige Informationen zur Gleichmäßigkeit des Reaktionsverlaufes und damit zum Verlauf des Reaktionsendstadiums. Der Anwender kann damit beurteilen, ob die Löschreaktion gleichförmig verläuft oder ob eine Verzögerung des Reaktionsendes durch langsamer reagierende Anteile auftritt (dieser Bereich des Löschverlaufs wird als Endreaktion (‚final reaction’ bzw. FR-Wert) bezeichnet).

Zusätzlich wird ein Verfahren zur Konvertierung der Messwerte in einen theoretischen, adiabaten Kurvenverlauf entwickelt, welches die während der Messung auftretenden Wärmeströme mit der Umgebung als Netto-Wärmemengen des Systems über die Zeit berücksichtigt, da erst der theoretisch vollständig adiabate Kurvenverlauf die korrekte Endpunktbestimmung der Löschreaktion ermöglicht.

Diese Kennzahlen werden mit den vorab gemessenen physikalischen und chemischen Kalkparametern verknüpft und durch die Messung von selektierten Kalken mit verschiedenen Eigenschaftswerten verifiziert.