Die Kalzinierung verändert gezielt die Kristallstruktur tonhaltiger Rohstoffe und erzeugt hochreaktive alumosilikatische Phasen. Im Temperaturbereich zwischen 600 °C und 850 °C entstehen Metakaolin bzw. Metaton mit ausgeprägten puzzolanischen Eigenschaften. Diese Materialien eignen sich als Supplementary Cementitious Materials (SCM) und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Klinkeranteils sowie der prozessbedingten CO₂-Emissionen bei der Herstellung moderner Zemente und Betone. Neben klassischen Kaolinen gewinnen zunehmend kalzinierte Tone (Calcined Clays) aus Primär- und Sekundärrohstoffen an Bedeutung. Sie bilden die Grundlage innovativer, CO₂-armer Bindemittelsysteme und tragen wesentlich zur Dekarbonisierung der Zement- und Baustoffindustrie bei.

Wir entwickeln und optimieren thermische Prozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Rohstoffcharakterisierung bis zur industriellen Prozessvalidierung.

Leistungsspektrum

• Rohstoffcharakterisierung und Materialbewertung
• Entwicklung und Optimierung kontinuierlicher Kalzinierungsprozesse
• Untersuchung von Stoff- und Wärmeübertragungsprozessen
• Entwicklung energieeffizienter Prozessführungen
• Optimierung von Temperaturprofilen und Verweilzeiten
• Untersuchung oxidierender und reduzierender Brennatmosphären
• Scale-up vom Labor- in den Pilotmaßstab
• Entwicklung nachhaltiger SCM und Klinkerersatzstoffe
• Prozessvalidierung unter industrienahen Bedingungen
• Technologietransfer in industrielle Anwendungen
• Entwicklung und Optimierung von Anlagenkonzepten
• Bewertung thermischer Prozesse hinsichtlich Energieeffizienz und CO₂-Bilanz

Primärrohstoffe, industrielle Nebenprodukte und mineralische Sekundärrohstoffe werden hinsichtlich ihrer Reaktivität, Produkteigenschaften sowie ihrer technischen und wirtschaftlichen Umsetzbarkeit bewertet.

Die am IAB Weimar entwickelten Kalzinierungsverfahren finden Anwendung in unterschiedlichen Bereichen der Baustoff- und Rohstoffindustrie.

Anwendungsfelder

• Entwicklung CO₂-reduzierter Zemente und Betone
• Herstellung von Supplementary Cementitious Materials (SCM)
• Entwicklung von Klinkerersatzstoffen
• Thermische Aktivierung tonhaltiger Primärrohstoffe
• Nutzung mineralischer Sekundärrohstoffe und Recyclingmaterialien
• Aufbereitung industrieller Nebenprodukte
• Kreislaufwirtschaft und Urban Mining
• Entwicklung nachhaltiger Baustoffe
• Optimierung industrieller Kalzinierungsprozesse
• Machbarkeitsstudien für neue Rohstoffquellen

Wir untersuchen eine Vielzahl an mineralischen Primär- und Sekundärrohstoffen hinsichtlich ihrer Eignung für thermische Aktivierungsprozesse.

• Tonminerale (Kaoline, kaolinitische Tone, illitische Tone, smektitische Tone, Lehme)
• Carbonatische Rohstoffe (Kalkstein, Dolomit, Mergel)
• Sulfatische Rohstoffe (Gips,, Anhydrit)
• Sekundärrohstoffe (RC-Feinfraktionen, Kieswaschschlämme, Diatomeenerde, Ziegelrecycling, Bergbauhalden)

Für jeden Rohstoff werden geeignete Kalzinierungsbedingungen entwickelt und hinsichtlich Reaktivität, Produkteigenschaften sowie technischer und wirtschaftlicher Umsetzbarkeit bewertet.

Die Bewertung kalzinierter Rohstoffe erfolgt mit modernen materialwissenschaftlichen Untersuchungsverfahren. Hierzu zählen:

• Chapelle-Test zur Bestimmung der Puzzolanität
• Messung des Zeta-Potentials
• Bestimmung der Oberflächenreaktivität
• mineralogische und chemische Analysen
• thermische Analysen
• Mörtelprüfungen nach DIN EN 197
• Untersuchungen an Betonen und zementgebundenen Baustoffen

Die Ergebnisse liefern belastbare Aussagen über die Reaktivität sowie die Eignung kalzinierter Rohstoffe als SCM oder Klinkerersatzstoff.

Drehrohrofen (Rotary Kiln)

Für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten steht am IAB Weimar ein industrieller Drehrohrofen (Rotary Kiln) mit Materialdurchsätzen von 50 bis 150 kg/h zur Verfügung.
Die kontinuierlich betriebene Anlage ermöglicht die thermische Behandlung mineralischer Primär- und Sekundärrohstoffe unter praxisnahen Bedingungen. Der Betrieb ist sowohl mit Erdgas als auch mit Wasserstoff möglich und erlaubt die Untersuchung konventioneller sowie CO₂-armer Prozessführungen.

Anlagenausstattung

• Kontinuierlicher Drehrohrofen
• Erdgas- und Wasserstoffbetrieb
• Thermische Nachverbrennung
• Mehrstufige Rauchgasreinigung
• Kontinuierliche Prozessgas- und Emissionsanalytik
• Flexible Einstellung oxidierender und reduzierender Brennatmosphären
• Variable Temperaturführung, Verweilzeit und Ofendrehzahl
• Kontinuierliche Erfassung relevanter Prozessparameter

Dadurch können thermische Prozesse hinsichtlich Energieeffizienz, Produkteigenschaften, Emissionen, Prozessstabilität und Scale-up unter realitätsnahen Bedingungen entwickelt und optimiert werden.

Flashkalzinierung (Flash Calciner)

Die Flashkalzinierung ermöglicht durch sehr kurze Verweilzeiten und hohe Wärmeübertragungsraten eine besonders energieeffiziente thermische Aktivierung feinkörniger Rohstoffe. Das Verfahren eignet sich insbesondere für Tone, Kaoline sowie weitere alumosilikatische Materialien mit hohem Reaktionspotenzial.

Wasserstoffbrandofen

Der Wasserstoffbrandofen dient der Entwicklung CO₂-armer thermischer Prozesse unter Einsatz von Wasserstoff als Energieträger. Untersucht werden der Einfluss wasserstoffbasierter Brennatmosphären auf Prozessführung, Energiebedarf, Emissionen und Produkteigenschaften.

Elevatorofen

Der Elevatorofen ermöglicht die kontinuierliche thermische Behandlung feinkörniger Schüttgüter bei kurzen Verweilzeiten und hoher Wärmeübertragung. Er eignet sich insbesondere für Parameterstudien, Prozessentwicklungen und den Vergleich alternativer Kalzinierungskonzepte.