ASTM D7348 Standardprüfverfahren für den Glühverlust (LOI) von festen Verbrennungsrückständen

Die Norm „ASTM D7348 Standard Test Methods for Loss on Ignition (LOI) of Solid Combustion Residues“, herausgegeben von der American Society for Testing and Materials (ASTM), beschreibt Prüfmethoden zur Bestimmung des Masseverlusts fester Verbrennungsrückstände beim Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre. Masseverluste können durch Feuchtigkeit, Kohlenstoff, Schwefel und ähnliche Verluste entstehen, die durch die Zersetzung oder Verbrennung der Rückstände entstehen.

Der Glühverlust (LOI) bezeichnet den Massenverlust, der auftritt, wenn ein Verbrennungsrückstand in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre auf hohe Temperaturen erhitzt wird. In der Zementindustrie bezeichnet der Begriff LOI typischerweise den Massenverlust einer auf 950 °C erhitzten Probe. Für Verbrennungstechniker bezeichnet der Begriff LOI typischerweise den Massenverlust von Proben, die auf Temperaturen unter 950 °C erhitzt werden.

Diese Prüfmethoden legen ein Verfahren zur Bestimmung der LOI-Werte von Verbrennungsrückständen fest, die auf 750 oder 950 Grad Celsius erhitzt wurden. Die mit diesen Prüfmethoden ermittelten LOI-Werte können von Industrien verwendet werden, die Verbrennungsrückstände in einer Vielzahl von Prozessen und Produkten verwenden. Wenn feste Verbrennungsrückstände erhitzt werden, um die Menge an brennbarem oder unverbranntem Kohlenstoff in der Probe zu bestimmen, hat sich gezeigt, dass die LOI- und die unverbrannte Kohlenstoffschätzung nicht vollständig übereinstimmen. Der LOI sollte daher nicht zur Schätzung des unverbrannten Kohlenstoffs in allen Verbrennungsrückständen verwendet werden. Die direkte Bestimmung von unverbranntem (brennbarem) Kohlenstoff kann mit ASTM D6316 erfolgen.

Wenn feste Verbrennungsrückstände erhitzt werden, um Asche für die Bestimmung der Massenanteile von Haupt- und Nebenelementen vorzubereiten, wird das in ASTM D3682, ASTM D4326 und ASTM D6349 beschriebene Erhitzungsverfahren oder die hierin beschriebenen Verfahren zur Bestimmung des 750-Grad-LOI (Methode A) verwendet. Wenn feste Verbrennungsrückstände erhitzt werden, um Asche für die Bestimmung der Massenanteile von Spurenelementen vorzubereiten, wird das in ASTM D3683 und ASTM D6357 beschriebene Erhitzungsverfahren verwendet.

In Branchen, in denen Verbrennungsprozesse eine zentrale Rolle spielen, wie z. B. in der Zementproduktion, der Kohleverstromung und der Müllverbrennung, ist das Verständnis der Zusammensetzung von Reststoffen entscheidend für Effizienz, Emissionskontrolle und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Feste Verbrennungsrückstände wie Flugasche, Bodenasche oder Klinker enthalten häufig flüchtige Bestandteile, die die Materialeigenschaften und die Umweltbelastung beeinflussen. ASTM D7348 dient der Quantifizierung dieser Bestandteile. Diese Norm bietet präzise Protokolle zur Bestimmung des Massenverlusts dieser Rückstände bei Erhitzung unter kontrollierten Bedingungen und liefert Informationen zu Feuchtigkeit, Kohlenstoff, Schwefel und anderen flüchtigen Substanzen.

ASTM D7348 beschreibt zwei grundlegende Verfahren, die je nach Probentyp und erforderlicher Auflösung Flexibilität bieten. Beide beinhalten Präzisionswiegen, Erhitzen im Muffelofen und Massenmessung nach der Zündung. Die Zündbedingungen variieren jedoch, um unterschiedlichen Restflüchtigkeiten Rechnung zu tragen:

• Verfahren A: Standard-LOI bei 950 Grad
  • Aufbau: 1–5 g der gemahlenen Rückstandsprobe (durch ein Sieb Nr. 50 passiert) werden in einen vorgeheizten Platin- oder Keramiktiegel gegeben.
  • Heizprotokoll: Erhöhen Sie die Temperatur in Luft mit einer Rate von 20 Grad/min auf 950 Grad, halten Sie sie 20–60 Minuten lang, bis eine konstante Masse erreicht ist, und kühlen Sie sie dann in einem Exsikkator ab.
  • Berechnung: LOI (Prozentsatz) = ((Anfangs kMasse - Endmasse) / Initial kMasse) x 100.
  • Merkmale: Ideal für Zementofenrückstände oder Flugasche, wobei 950 °C die Klinkerbildungstemperaturen simulieren und die Menge an organischem Kohlenstoff oder Sulfat bestimmen. Es ist die gängigste Methode zur Einhaltung der Normen der Zementindustrie.
• Verfahren B: Hochtemperatur-LOI in Sauerstoff
  • Aufbau: Ähnliche Probenvorbereitung, jedoch unter Verwendung einer sauerstoffangereicherten Atmosphäre (z. B. 100 Prozent O bei 50 ml/min)₂ fließen).
  • Heizprotokoll: 30 Minuten lang bei 750–1000 Grad zünden, um eine vollständige Oxidation der resistenten Kohlenstoffe zu erreichen.
  • Berechnung: Wie Verfahren A, außer optionalen Korrekturen für die Aschefusion.
  • Eigenschaften: Geeignet für stark kohlenstoffhaltige Rückstände wie Kesselasche. Beschleunigt die Oxidation für schnellere Ergebnisse. Nützlich, wenn eine Luftzündung zu einer unvollständigen Verbrennung führen würde.

Bei der Zementproduktion sorgt ein niedriger LOI für hochwertigen Klinker mit minimalem Freikalkgehalt und senkt so die Energiekosten um bis zu 5 %. In Kraftwerken überwacht es den Kohlenstoffgehalt der Flugasche und beeinflusst so deren Wiederverwendung in Beton und die Einhaltung der Kohlenstoffemissionsgrenzwerte.

• Zement- und Kalkindustrie: Misst die Karbonatsegregation. Ein LOI von über 3 Prozent kann auf eine Überverbrennung oder eine unzureichende Rohmischung hinweisen.
• Kohle- und Biomasseverbrennung: Bewertet die Ausbrandeffizienz. Ein hoher LOI (über 10 Prozent) regt eine Brenneranpassung an, um den Brennstoffverbrauch zu senken.
• Müllverbrennungsanlagen: Helfen Sie mit, die Ziele der Kreislaufwirtschaft zu erreichen, indem Sie organische Rückstände zur Ascheentsorgung oder Metallrückgewinnung verfolgen.
• F&E: Unterstützt Studien zu alternativen Brennstoffen, bei denen der LOI mit dem Heizwert und dem Ascheschmelzverhalten zusammenhängt.

Durch die Minimierung von unverbranntem Kohlenstoff können Anlagen den jährlichen Kohlendioxidausstoß um Tausende Tonnen reduzieren.

ASTM D7348 deckt somit versteckte Schwankungen in Verbrennungsrückständen auf und wandelt Rohdaten in verwertbare Informationen für einen umweltfreundlicheren und effizienteren Betrieb um. Angesichts der weltweit steigenden Nachfrage nach nachhaltiger Energie bleibt dieser Standard unverzichtbar und ermöglicht der Industrie, ohne übermäßige Verluste voranzukommen.

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