Der technische Kalkkreislauf

Thema dieses Films ist der technische Kalkkreislauf. Am Anfang steht ein natürlicher Rohstoff, der Kalkstein. Kalkstein besteht überwiegend aus den Mineralien Calcit und Aragonit. Die chemische Verbindung heißt Calciumcarbonat. Die Summenformel lautet CaCO3. In Deutschland finden sich große Kalksteinvorkommen. Kalkstein wird meist über Tage in Steinbrüchen abgebaut. In Deutschland sind die meisten Abbaugebiete von einer Deckschicht überlagert, die vor dem Abbau zuerst abgetragen werden muss. Der Abbau erfolgt bei härteren Kalksteinvorkommen meist mit Sprengungen, bei denen stufenförmige Abbausohlen entstehen. Selten erfolgt eine untertägige Gewinnung in Bergwerken. Die Weiterverarbeitung des Kalksteins erfolgt im Kalkwerk. Die technische Umwandlung von natürlichem Kalkstein wird als technischer Kalkkreislauf bezeichnet. Dieser Kreislauf spielt in der Bauwirtschaft eine große Rolle, zum Beispiel bei der Herstellung von Mörtel und Putzen und als Bestandteil von Kalksandstein. Auch im Straßenbau wird Kalk zur Bodenverbesserung und zum Schutz gegen Frostschäden eingesetzt. Die Umwandlung des Kalksteins erfolgt in drei Schritten. Im ersten Schritt wird der Kalkstein auf etwa 1.000 Grad Celsius erhitzt. Dabei wird das gebundene Kohlendioxid ausgetrieben und es bildet sich Calciumoxid, auch Branntkalk genannt. Dieser Teil des Kalkkreislaufs heißt Brennen des Kalks. Dabei läuft eine endotherme Reaktion ab, also eine Reaktion, die unter ständiger Energiezufuhr stattfindet, hier in Form von Wärme. Der gebrannte Kalk ist stark ätzend. Im zweiten Schritt des technischen Kalkkreislaufs wird dem Branntkalk nun Wasser zugesetzt, er wird gelöscht. Bei der hier ablaufenden exothermen Reaktion wird Energie in Form von Wärme freigesetzt, so dass ein Teil des Wassers verdampft. Es entsteht Calciumhydroxid, gelöschter Kalk oder Löschkalk genannt. Dieser Teil des technischen Kalkkreislaufes heißt Kalk löschen. Auch der gelöschte Kalk ist ätzend. Gelöschter Kalk kommt hauptsächlich in der Baubranche zur Anwendung. Das Calciumhydroxid, also der gelöschte Kalk, dient als Bindemittel in Baustoffen. Mit Sand oder Kies und Wasser versetzt, wird der gelöschte Kalk auf der Baustelle zu Mörtel verarbeitet. Dabei setzt sich der Kalkkreislauf fort. Das Calciumhydroxid reagiert mit dem Kohlendioxid in der Luft wieder zu Calciumcarbonat. Dabei verbindet es sich mit dem Sand, während das Wasser verdunstet. Der Mörtel wird hart und der im Mörtel enthaltene Löschkalk wieder zu dem, was er war, Kalkstein. Dieser Prozess heißt Abbinden. Kalkmörtel dieser Art wurde schon von den alten Ägyptern, Griechen und Römern verwendet. Löschkalk wird außerdem mit einer größeren Menge Wasser zu Kalkmilch. Die im Löschkalk enthaltene Wärmeenergie wird frei. Aufgrund des hohen pH-Wertes erzeugt die Kalkmilch alkalische Bedingungen, die desinfizierend wirken. Auch bei der Verwendung von Kalkmilch setzt sich der Kalkkreislauf fort. Unter Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft und Abgabe von Wasser verhärtet die Kalkmilch und bindet so im Lauf der Zeit ab. Fassen wir noch einmal zusammen. Der technische Kalkkreislauf besteht aus den drei Schritten Brennen, Löschen und Abbinden. Beim Brennen wird Calciumcarbonat stark erhitzt. Dabei entweicht Kohlenstoffdioxid aus dem Calciumcarbonat und es entsteht Calciumoxid, auch Branntkalk genannt. Diese Reaktion ist endotherm. Beim Löschen wird der Branntkalk mit Wasser versetzt. Dabei wird Wärme frei, die Reaktion ist exotherm. Aus Calciumoxid bildet sich unter Aufnahme von Wasser Calciumhydroxid, auch Löschkalk genannt. Beim Abbinden reagiert das Calciumhydroxid unter Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft und gleichzeitiger Abgabe von Wasser wieder zu Calciumcarbonat. Auch diese Reaktion ist exotherm. Der Kreislauf schließt sich, denn der Löschkalk wird wieder zum Ausgangsstoff, dem Kalkstein. In seinen Endprodukten entspricht der technische Kalkkreislauf dem natürlichen Kalkkreislauf. Es entstehen keine schädlichen Abfallprodukte. Kalk ist damit ein natürlicher Baustoff. Bei einer weiteren Anwendung wird die exotherme Reaktion im technischen Kalkkreislauf genutzt, nämlich bei Konservendosen für den Freizeitbereich. Die Außenschicht der Konservendose enthält hier Calciumoxid und Wasser in voneinander getrennten Kammern. Sticht man zum Beispiel mit einem Nagel durch die Trennwand, reagiert das Calciumoxid mit dem Wasser zu Kalziumhydroxid. Die bei dieser exothermen Reaktion freiwerdende Hitze erwärmt den Doseninhalt.