Kalkkreislauf

Fach Fach

Klasse 9

Autor Joker2017

Veröffentlicht am 22.06.2018

Schlagwörter

Kalkkreislauf

Zusammenfassung

Dieses Referat befasst sich mit dem Kalkkreislauf. Es werden die drei Arbeitsschritte (Brennen des Kalks, Löschen des Kalks und Abbinden des Kalks) des Verfahrens erläuert und die entstehenden Kalkprodukte genannt.

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Bei dem Kalkkreislauf handelt es sich um ein technisches Verfahren, in dem natürlicher Kalkstein in mehreren Arbeitsschritten umgewandelt wird. Der erste Arbeitsschritt in diesem Verfahren ist das Brennen. Hierbei wird zunächst der Hauptbestandteil des Kalksteins, das Calciumcarbonat, sehr stark erhitzt und hierbei gebrannt. Dadurch kann das Kohlenstoffdioxid entweichen und es entsteht Calciumoxid, der Branntkalk. Direkt nach dem Brennen findet das Löschen statt. Dieser Teil bildet die Mitte des technischen Kalkkreislaufs. Der Branntkalk wird beim Löschen mit Wasser versetzt. Hierdurch bildet sich ein Calciumhydroxid, also ein Löschkalk. Den Abschluss des Verfahrens bildet das Abbinden. Dieser Teil des Prozesses wird auch Carbonatisierung genannt. Der Löschkalk reagiert durch die Wasserabgabe und Kohlenstoffdioxidaufnahme wieder zurück zu einem Calciumcarbonat, bildet sich also wieder Kalkstein.

Brennen des Kalks
Ein Calciumcarbonat ist eine simple chemische Verbindung. In der Natur kommt ein solches Mineral beispielsweise in Eierschalen, Muschelschalen und Kalkschwämmen vor. Außerdem gibt es Calciumcarbonat auch in Korallen und insbesondere als Kalkstein. Dieser existiert auch sehr großflächig. Kalksteine sind beispielsweise Kreide, Dachsteinkalk, Muschelkalk oder auch Marmor.
In dem Kalkofen findet der erste Arbeitsschritt des technischen Umwandlungsverfahrens statt. Nachdem der Rohstoff gewonnen und in den Kalkofen gebracht worden ist, wird dieser sehr stark erhitzt. Ab einer Temperatur von ungefähr 1000°Celsius wird das kalkige Gestein entsäuert. Hierbei wird das Kohlenstoffdioxid ausgetrieben und der Branntkalk entsteht.

Es existieren viele verschiedene Arten von Kalkstein. Das „Endprodukt“ des Brennens hängt von der ursprünglich verwendeten Kalkart ab. Wenn relativ kleines Kalkgestein gebrannt wird, dann entsteht Weißkalk. Dieser ist ein Fettkalk. Andere Kalke sind Magerkalke und Magnesiumkalke. Letztere haben einen hohen Anteil weißer Magnesia. Kalke, welche technischem Zement ähneln, werden durch die Verwendung von Kieselkalk, Korallenkalk sowie Muschelkalk erzeugt. Diese sind harte und wasserbeständige Baustoffe und daher in der Technik von großer Bedeutung. Minderwertigere Kalke sind entstehen zum Beispiel bei der Nutzung von Kalksandstein, welche tonige Anteile haben. Diese Anteile sind beispielsweise Magnesium, Aluminium oder auch Silizium. Je nach Ausgangsmaterial, also dem „Ursprungskalk“ oder die Qualität der Verarbeitung, hat der Branntkalk höhere Anteile organischer Stoffe, wie Kohlenstoff, dies ergibt dann Graukalk oder Schwarzkalk. Ausnahmen hiervon gibt es jedoch auch. Die größte Ausnahme sind aus Dolomit gebrannte Kalke. Diese enthalten durchaus Magnesium, haben aber eine deutlich andere Kristallstruktur. Ist zudem noch Salz im Kalkstein enthalten, wird der Prozess des Kalkbrennens bzw. das Verhalten der entsprechenden Kalken, noch komplexer. Probleme beim Brennprozess können auch auftreten, wenn die Kalke Kokse enthalten, da Koks stark schwefelhaltig ist. Der Kalk kann dann zu Gips verschwefeln. Dies ist eine chemische Reaktion, welche auch beim klassischen Holzbrennen vorkommen kann. Hochwertige Kalkausgangsstoffe werden aus diesem Grunde mit Hilfe von Gasgebrannt und manchmal auch durch elektrische Energie erhitzt.

Löschen des Kalks
Der zweite Teil des technischen Kalkkreislaufs ist das Löschen. Dieser wird ebenfalls im Kalkwerk durchgeführt und in seltenen Fällen auch vom Endverbraucher. Hierbei wird der Branntkalk mit Wasser versetzt. Dadurch vergrößert sich das Volumen. Unter einer starken Wärmeentwicklung entsteht letztlich der Löschkalk, das Calciumhydroxid. Die Qualität und Konsistenz dieses Löschkalkes hängt von der hinzugefügten Wassermenge ab. Es wird zwischen Sumpfkalk, Kalkfarbe und Kalkmilch unterschieden. Diese Formen können als weiße Farbe zum Kalken von Mauern oder auch als Bindemittel von Kalkmörtel verwendet werden. In einigen Fällen kommt es vor, dass Teile des Kalks nur unvollständig gelöscht werden. Das bedeutet, dass noch trockenes Kalkpulver vorhanden ist. Dieses ist in der Regel jedoch trotzdem abbindefähig. Es wird als Kalkhydratprodukt verkauft und bildet die Basis für Kalkmörtel sowie Kalkputz und Anmachfarbe. Der gelöschte Kalk, also das Calciumhydroxid ist ein stark ätzender und alkalischer Stoff. Aus diesem Grund ist eine vorsichtige und sachgemäße Handhabung sehr wichtig. Ein Kontakt von gelöschtem Kalk mit den Augen kann bis zur vollständigen Erblindung führen. Das Einatmen dieses Stoffes kann schwere Atemwegsprobleme und Erkrankungen hervorrufen. Außerdem kann die Haut bei Berührung mit dem Stoff angegriffen und verätzt werden. Erst wenn der Kalk im letzten Arbeitsschritt des Verfahrens abgebunden wird, ist er ungefährlich.

Abbinden des Kalks
Das Abbinden des Kalks ist der finale Schritt im Prozess des technischen Kalkkreislaufs. An der Luft bindet der gelöschte Kalk unter Mithilfe von Kohlenstoffdioxid ein Calciumcarbonat ab. Hierdurch wird der Kreislauf geschlossen. Der Prozess des Abbindens kann auf natürliche Art und Weise Jahre lang dauern. Dies liegt unter anderem an der Materialfeuchte und der sich bildenden Sinterschicht.
Graukalke und Schwarzkalke haben einen hohen Eigengehalt an Kohlenstoff und karbonatisieren dadurch wesentlich schneller, als andere Kalke. Hydraulkalke, also zementähnliche Kalke, binden sogar in einer feuchten Umgebung, manche können dies sogar im bzw. unter Wasser.

Wird dem Baukalk Sand zugesetzt, so entsteht ein Kalkmörtel. Dieser ist einer der ältesten und wichtigsten Baustoffe, die es gibt. Der Löschkalk bindet zwischen den verschiedenen Sandkörnchen ab und gibt der Masse hierdurch Festigkeit. Sand ist billig und leicht erhältlich. Er sorgt für die benötigte Druckfestigkeit des Kalkes und macht den Kalk ergiebig. Der Sand selbst kann auch Kalk enthalten. Es gilt, je kalkhaltiger der Sand ist, desto besser ist das für das Endprodukt.
Das Verfahren des technischen Kalkkreislaufs ist nach dem dritten Schritt zu Ende und beginnt dann wieder von vorne.