Kalzinierter Dolomit Stein und Seine Komponente
Beim Erhitzen von Rohdolomit werden die im Dolomit vorhandenen Karbonate nach folgender Gleichung zersetzt.
CaCO3.MgCO3 + etwa 725 kcal Wärme = CaO.MgO +2 CO2
Die Kalzinierung von Rohdolomit ist ein einfacher einstufiger Brennprozess, der in einem Schachtofen oder Drehrohrofen durchgeführt wird. Der Rohdolomit wird in den Ofen chargiert und beim Durchlaufen des Ofens in zwei Schritten zersetzt bzw. kalziniert. Im ersten Schritt beginnt die Freisetzung von CO2 aus dem MgCO3-Bestandteil des Dolomits und im zweiten Schritt beginnt die Freisetzung von CO2 aus dem CaCO3-Bestandteil des Dolomits. Die Zersetzungstemperatur ist abhängig vom Partialdruck des in der Prozessatmosphäre vorhandenen CO2.
Der Dolomitabbau erfolgt in zwei Stufen. Die erste Stufe beginnt bei etwa 550 °C, wenn die Zersetzung von MgCO3 beginnt, und die zweite Stufe findet bei etwa 810 °C statt, wenn die Zersetzung von CaCO3 beginnt. Die zwei Stufen des Kalzinierungsprozesses werden durch die folgenden Gleichungen dargestellt.
Stufe 1 – CaCO3.MgCO3 = CaCO3. MgO + CO2 (im Temperaturbereich von 550 °C bis 700 °C)
Stufe 2 – CaCO3.MgO = CaO.MgO + CO2 (im Temperaturbereich von 810 °C bis 900 °C)
Der Kalzinierungsprozess lässt sich anhand eines teilweise zersetzten Stücks Dolomit erklären. Die Probe besteht aus einem dichten Karbonatkern, der von einer porösen Schicht umgeben ist. Im Kalzinierofen wird bei einer Temperatur TGaswärme durch Strahlung und Konvektion auf die feste Oberfläche bei einer Temperatur TOberfläche übertragen. Mittels Wärmeleitung dringt Wärme durch die Oxidschicht, um die Reaktionsfront zu erreichen, wo die Temperatur Trc ist. Da die Reaktionsenthalpie um ein Vielfaches größer ist als die innere Energie, ist die weiter in den Kern strömende Wärme während der Reaktion vernachlässigbar. Daher ist die Kerntemperatur nur geringfügig niedriger als die Fronttemperatur. Nach Wärmezufuhr findet dann die chemische Reaktionskonstante statt, deren treibende Kraft die Abweichung des CO2-Partialdrucks vom Gleichgewicht ist. Das freigesetzte CO2 diffundiert durch die poröse Oxidschicht an die Oberfläche und gelangt schließlich durch Konvektion in die Umgebung, wo der CO2-Partialdruck p-Oberfläche herrscht. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von kalziniertem Dolomit werden durch die Kalzinierung beeinflusst, die wiederum durch die Leitfähigkeit, den Stoffübergangskoeffizienten und das Diffusionsvermögen der kalzinierten Dolomitschicht beeinflusst wird.Um Dolomit vollständig zu kalzinieren und keinen Restkern aus unkalziniertem Dolomit zu haben, ist es erforderlich, dass die an der Oberfläche des Rohdolomits zugeführte Wärme über Wärmeleitung zum Kern vordringen muss. Im Kern muss zumindest kurzzeitig eine Temperatur von 900 Grad C erreicht werden, da die Atmosphäre im Inneren des Materials aus reinem CO2 besteht. Die rohe Dolomitoberfläche muss auf mehr als 900 Grad C erhitzt werden, um den erforderlichen Temperaturgradienten aufrechtzuerhalten und die isolierende Wirkung des kalzinierten Materials in der Dolomitoberfläche zu überwinden. Bei der Herstellung von kalziniertem Dolomit darf die Oberflächentemperatur jedoch 1.100 °C bis 1.150 °C nicht überschreiten, da sonst eine Rekristallisation des CaO auftritt und zu einer geringeren Reaktivität und damit zu verringerten Löscheigenschaften des kalzinierten Produkts führt.
Um die Wärme aus den Verbrennungsgasen an die Oberfläche des Rohdolomits und dann von der Oberfläche in den Kern des Rohdolomits zu übertragen, ist eine gewisse Verweil- oder Verweilzeit erforderlich. Größere Rohdolomitstücke benötigen eine längere Zeit zum Kalzinieren als kleinere Stücke. Prinzipiell verringert das Kalzinieren bei höheren Temperaturen die benötigte Verweilzeit. Zu hohe Temperaturen beeinträchtigen jedoch die Reaktivität des Produkts. Die Beziehung zwischen Kalzinierungstemperatur und Verweilzeit, die für verschiedene Größen von Rohdolomit benötigt wird.