Hoe kalk wordt geproduceerd: het complete proces van steengroeve tot oven

Kalkproductie is een eeuwenoud industrieel proces dat natuurlijke kalksteen omzet in ongebluste kalk (calciumoxide) of gehydrateerde kalk (calciumhydroxide), materialen die in een breed scala van industrieën worden gebruikt, van de bouw tot milieubeheer. Het begrijpen van de productie van kalk vereist een verkenning van de grondstoffen, de chemische reacties die ermee gepaard gaan en de technologische processen die worden gebruikt om deze essentiële stof te creëren.

1. Grondstoffen: Kalksteen

De kalkproductie begint met kalksteen, een sedimentair gesteente dat voornamelijk bestaat uit calciumcarbonaat (CaCO₃). Kalksteenafzettingen worden wereldwijd in grote hoeveelheden aangetroffen, en dit gesteente vormt de basis van de kalkproductie. In de natuur vormt kalksteen zich door de ophoping van schelpen, koraal en andere organische materialen, vaak in mariene omgevingen.

Om kalk te produceren moet kalksteen eerst gewonnen worden door middel van mijnbouw, hetzij door steengroeven (in ondiepe afzettingen) of ondergrondse mijnbouw (in diepere reservaten). De zuiverheid van kalksteen kan variëren, en kalksteen met een hogere zuiverheid resulteert in kalk van hogere kwaliteit.

2. Verpletteren en screenen

Na de winning wordt de kalksteen naar een verwerkingsinstallatie getransporteerd, waar het verschillende mechanische processen ondergaat. Eerst wordt het vermalen tot kleinere brokken of aggregaten om het oppervlak te vergroten, wat de daaropvolgende chemische reacties vergemakkelijkt. De grootte van de gemalen kalksteen hangt af van het type oven dat in de volgende fase wordt gebruikt.

Screening is ook een essentieel onderdeel van deze stap. Grote deeltjes worden gescheiden van kleinere, waardoor alleen kalksteen van de juiste grootte in de oven terechtkomt.

3. Calcinatie: kalksteen in kalk veranderen

Het kernproces van kalkproductie is calcineren, waarbij kalksteen in een oven tot hoge temperaturen (meestal tussen 900°C en 1000°C) wordt verwarmd. Dit proces breekt het calciumcarbonaat in de kalksteen af tot ongebluste kalk (calciumoxide) en koolstofdioxide (CO₂), een chemische reactie die wordt weergegeven als

Het kooldioxidegas ontsnapt in de atmosfeer en het resterende vaste calciumoxide wordt ongebluste kalk genoemd. De temperatuur in de oven moet zorgvuldig worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat het calcinatieproces efficiënt is en tegelijkertijd de productie van ongewenste bijproducten tot een minimum beperkt.

Er zijn verschillende soorten ovens gebruikt voor calcineren, waaronder

Verticale schachtovens (VSK's): Dit zijn hoge, verticale ovens waarin kalksteen van onderaf wordt verwarmd. De warmte wordt geleverd door het verbranden van brandstof zoals steenkool of aardgas.

Roterende ovens: Deze grote, cilindrische ovens roteren terwijl kalksteen aan één uiteinde wordt toegevoerd en door de oven beweegt, en tijdens het reizen steeds heter wordt. Rotatieovens staan bekend om hun efficiëntie bij het hanteren van grote hoeveelheden materiaal.

Bijenkorfovens: Bijenkorfovens worden gebruikt bij de traditionele kalkproductie en zijn metselwerkovens met een koepelachtige vorm.

De keuze van de oven hangt af van de productieschaal, de energie-efficiëntie en de gewenste productkenmerken.

4. Koeling en screening van ongebluste kalk

Zodra de kalksteen is omgezet in ongebluste kalk, moet deze afkoelen voordat deze verder kan worden verwerkt of gebruikt. Quicklime is extreem heet wanneer het de oven verlaat, en koeling is een belangrijke stap om ervoor te zorgen dat de kalk niet onvoorspelbaar reageert bij blootstelling aan water of lucht. Het koelen gebeurt doorgaans met lucht of water.

Eenmaal afgekoeld wordt de ongebluste kalk vaak gezeefd om fijnere deeltjes van grotere brokken te scheiden. De deeltjesgrootte beïnvloedt de reactiviteit van de ongebluste kalk, waarbij fijnere deeltjes reactiever en sneller zijn in hun chemische reacties.

5. Hydratatie: Quicklime veranderen in gehydrateerde kalk (optioneel)

Voor bepaalde toepassingen wordt ongebluste kalk verder verwerkt tot gehydrateerde kalk (calciumhydroxide). Dit omvat het toevoegen van water aan ongebluste kalk in een gecontroleerd proces dat bekend staat als hydratatie. De chemische reactie is

Het resultaat is een fijn, droog poeder dat bekend staat als gehydrateerde kalk. Gehydrateerde kalk wordt gebruikt in toepassingen waar een fijner product nodig is, zoals bij waterbehandeling, milieucontrole (bijvoorbeeld rookgasontzwaveling), en bouwmaterialen.

Het hydratatieproces kan plaatsvinden in verschillende soorten apparatuur, waaronder slaktanks en hydrators, waarbij ongebluste kalk langzaam wordt gemengd met water om de hitte onder controle te houden en overmatige spatten of reacties te voorkomen.

6. Kwaliteitscontrole en verpakking

Zodra de kalk is geproduceerd, hetzij als ongebluste kalk of als gehydrateerde kalk, ondergaat deze kwaliteitscontroletests. Kalk wordt getest op zuiverheid, deeltjesgrootteverdeling en reactiviteit om er zeker van te zijn dat het voldoet aan de normen voor het beoogde gebruik. Deze fase omvat zowel laboratoriumtests als inspectie ter plaatse.

Ten slotte wordt de kalk verpakt in bulkcontainers, zakken of per transportband vervoerd om te worden gedistribueerd voor commercieel of industrieel gebruik.

Industriële toepassingen van kalk

Kalk speelt een cruciale rol in verschillende industrieën, met toepassingen variërend van milieucontrole tot productie. Enkele van de primaire toepassingen zijn

Bouw: Kalk wordt gebruikt bij de productie van cement, mortel en beton.

Milieubeheer: Kalk wordt veel gebruikt bij waterbehandeling, het neutraliseren van zuur water en het behandelen van zuiveringsslib.

Staalproductie: Kalk wordt gebruikt als vloeimiddel bij de productie van staal om onzuiverheden te verwijderen.

Chemische industrie: Kalk dient als grondstof voor de productie van een verscheidenheid aan chemicaliën, waaronder calciumcarbide en natriumcarbonaat.

Landbouw: Kalk wordt gebruikt om de pH van de bodem aan te passen, waardoor de gewasopbrengst wordt verbeterd.

Conclusie

De productie van kalk is een proces dat verschillende ingewikkelde stappen omvat, van de winning van kalksteen tot het calcinatieproces in ovens. Het is een essentieel industrieel proces dat al eeuwenlang van fundamenteel belang is voor de menselijke vooruitgang. De veelzijdigheid en het belang van Lime in industrieën zoals de bouw, staal en milieubeheer maken het tot een van de belangrijkste materialen in de moderne industrie.