imported>Georg Hügler am 27. März 2026 um 04:33 Uhr

2026-03-27T04:33:26Z

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[[Datei:Kalkkreislauf.svg|426px|mini|Technischer Kalkkreislauf mit den drei beteiligten chemischen Stoffen]]
Der '''Technische Kalkkreislauf''' ist die technische Umwandlung von natürlichem [[Kalkstein]] in drei Schritten.

; Brennen
: Zuerst wird [[Calciumcarbonat]] (<chem>CaCO3</chem>), der Hauptbestandteil des Kalksteins, stark erhitzt (gebrannt), dabei entweicht [[Kohlenstoffdioxid]] (<chem>CO2</chem>) und es entsteht [[Calciumoxid]] (<chem>CaO</chem>), Branntkalk (wesentlicher Bestandteil von [[Zement]]).
; Löschen
: Versetzt man Branntkalk mit [[Wasser]] (<chem>H2O</chem>), bildet sich [[Calciumhydroxid]] (<chem>Ca(OH)2</chem>), Löschkalk.
; Abbinden (Carbonatisierung)
: Löschkalk reagiert durch Wasserabgabe und Kohlenstoffdioxidaufnahme wieder zurück zu [[Calciumcarbonat]] (<chem>CaCO3</chem>), also [[Kalkstein]].

Ziel ist in der Regel die Bereitstellung von Kalk als Baustoff. Theoretisch ließe sich die [[Exotherme Reaktion|exotherme Umwandlung]] von Branntkalk und Wasser zu Löschkalk und die [[Endotherme Reaktion|endotherme Rückwandlung]] von Löschkalk zu Branntkalk und Wasser jedoch auch für [[thermochemischer Wärmespeicher|chemische Wärmespeicher]] verwenden.<ref name=dlf>{{Internetquelle |url=https://www.deutschlandfunk.de/energiewende-kalk-als-waermespeicher-100.html |titel=Energiewende – Kalk als Wärmespeicher |autor=Piotr Heller |hrsg=[[Deutschlandfunk]] |sprache=de |datum=2016-02-25 |abruf=2022-01-09}}</ref>

Im Mittelalter wurde Branntkalk (gebrannter Kalk), der noch nicht mit Wasser in Berührung gekommen ist, als ''ungelöschter Kalk'' und ''lebendiger Kalk'' bezeichnet.<ref>[[Gundolf Keil]]: ''Die „Cirurgia“ Peters von Ulm. Untersuchungen zu einem Denkmal altdeutscher Fachprosa mit kritischer Ausgabe des Textes'' (= ''Forschungen zur Geschichte der Stadt Ulm.'' Band 2). Stadtarchiv, Ulm 1961 (zugleich Philosophische Dissertation Heidelberg 1960: ''Peter von Ulm. Untersuchungen zu einem Denkmal altdeutscher Fachprosa mit kritischer Ausgabe des Textes''), S. 478 (Anmerkungen zum Adjektiv ''vngelescht'').</ref>

== Brennen des Kalks ==
[[Datei:Caco3.PNG|mini|<chem>CaCO3</chem>-Entsäuerung in der [[Differential-Thermoanalyse|DTA]]]]

[[Calciumcarbonat]] ist eine einfache [[chemische Verbindung]] mit der Summenformel <chem>CaCO3</chem>. In der Natur findet sich dieses [[Mineral]] – neben dem Vorkommen in [[Ei]]er- und [[Muschelschale]]n, [[Kalkschwämme]]n und [[Koralle]]n – vor allem als [[Kalkstein]], der teils [[Massenkalk|großflächig]] vorkommt. Typische Kalksteine sind [[Kreide (Gestein)|Kreide]], [[Marmor]], [[Dachsteinkalk]], Gesteine des [[Muschelkalk]]s oder [[Travertin]]s.

Nach der Rohstoffgewinnung im [[Kalkwerk]] findet in einem [[Kalkofen]] der erste Umwandlungsschritt statt, das Kalkbrennen. Ab einer Temperatur von etwa 1000 °C wird kalkiges Gestein entsäuert, das heißt, [[Kohlenstoffdioxid]] <chem>CO2</chem> wird ausgetrieben, es entsteht ''Branntkalk'', chemisch [[Calciumoxid]] <chem>CaO</chem>.

<div style="margin-left:1.6em">
<chem>CaCO3 -> CaO + CO2</chem><br />
<small>Calciumcarbonat reagiert unter Wärmezufuhr zu Calciumoxid und Kohlenstoffdioxid.</small>
</div>

Dieser Vorgang ist für vergleichbare Prozesse namensgebend: [[Kalzination]].

Bei der Verwendung relativ reiner Kalkgesteine entsteht der ''[[Weißkalk]] (Fettkalk)'' mit 90–95 % <chem>CaO</chem>. Anderenfalls spricht man von ''[[Magerkalk]]en''. [[Magnesium]]haltige Kalke mit höheren Anteilen von [[Weiße Magnesia|weißer Magnesia]] (<chem>MgO</chem>) ergeben ''[[Magnesiumkalk]], Magnesiakalk''. [[Kieselkalk]]e, wie [[Korallenkalk]] oder [[Muschelkalk]], ergeben Kalke in technischer Nähe zum [[Zement]], beides härtere und deutlich wasserresistentere Baustoffe. Kalke minderer Qualität entstehen bei Verwendung von [[Sandstein#Definition, Nomenklatur und Abgrenzung zu verwandten Gesteinen|Kalksandsteinen]], die [[Tonmineral|tonige]] Anteile enthalten (im Wesentlichen Magnesium, [[Aluminium]], Silicium). Durch das Ausgangsmaterial oder die Verarbeitung verbliebene höhere Anteile organischer Bestandteile ([[Kohlenstoff]]) ergeben ''[[Graukalk]]'' oder ''[[Schwarzkalk]]''. Eine Ausnahme bilden die aus [[Dolomit (Gestein)|Dolomit]] gebrannten Kalke, die zwar magnesiumhaltig sind, aber aufgrund der Kristallstruktur dem hochreinen Weißkalk vergleichbarer Qualität entsprechen.<ref>[[Kurt Wehlte]]: ''Werkstoffe und Techniken der Malerei'', Kap. ''Freskomalerei, Werkstoffe und Arbeitsweisen.'' S. 276ff.</ref> Noch komplexer wird das Verhalten der Kalke bei Anteilen an Salzen im Gestein, insbesondere [[Steinsalz]] (was bei frostabbindenen Werkstoffen ausgenutzt wird).

Ungünstig ist das Brennen von Kalk mit [[schwefel]]haltigen Brennstoffen, der Kalk „verschwefelt“ dann teilweise zu [[Gips]]. Als Brennstoff kommen eine Vielzahl von festen (Kohle, Koks, [[Knochenmehl]]), flüssigen (Heizöl, Lösemittelabfälle, Klärschlamm) und gasförmigen Stoffen (Erdgas, [[Schwachgas]]) zum Einsatz.<ref>[https://www.atec-ltd.com/de/produkte-prozesse/produkte/flexiflame-rotary-kiln-burner.html Brenner für Drehrohrofen]</ref> Es werden Drehrohröfen und Schachtöfen verwendet. Feste Brennstoffe werden dem Kalk vor der Beschickung des Schachtofens beigemischt.<ref>[https://www.kalk.de/rohstoff/gewinnung/brennen/ Brennen von Kalk], Veröffentlichung des Bundesverbandes der Deutschen Kalkindustrie e. V., abgerufen am 4. Februar 2019</ref>

== Löschen des Kalks ==
Der zweite Schritt wird meist im Kalkwerk vollzogen, kann aber auch direkt vom Verbraucher durchgeführt werden. Wird gebrannter Kalk mit [[Wasser]] versetzt, entsteht unter [[Volumen]]vergrößerung und starker [[Wärmeentwicklung]] gelöschter Kalk, chemisch [[Calciumhydroxid]] Ca(OH)<sub>2</sub>.

<div style="margin-left:1.6em">
<chem>CaO + H2O -> Ca(OH)_2</chem><br />
<small>Calciumoxid und Wasser reagieren zu Calciumhydroxid.</small>
</div>

Je nach Menge der Wasserzugabe spricht man von ''[[Sumpfkalk]], [[Kalkfarbe]]'' oder ''[[Kalkmilch]]''. Alle diese Formen werden als weiße Farbe zum ''Kalken'' von Wänden und als Bindemittel für [[Kalkmörtel]] oder [[Hydraulischer Mörtel|hydraulischen Mörtel]] verwendet.

{{Infobox Gefahrstoffkennzeichnung
| CAS = {{CASRN|1305-78-8|Q185006}}
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Calciumoxid|ZVG=1200|CAS=1305-78-8|Abruf=2017-07-29}}</ref>
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|05|07}}
| GHS-Signalwort = Gefahr
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| P = {{P-Sätze|261|280|305+351+338|KeineKat=Ja}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
}}

Eine Zwischenstufe bildet dabei der ''unvollständig gelöschte Kalk'', der ein trockenes Pulver ergibt, das trotzdem abbindefähig ist und unter dem Namen ''[[Kalkhydrat]]'' gehandelt wird. Dieses bildet die Grundlage aller Fertig-Kalkmörtel und -putze und Anmachfarben, die als Sackware vertrieben werden. Natürliche Vorkommen von Kalkhydraten mit freier Kieselsäure nennt man ''[[Puzzolane]] ([[Trass (Gestein)|Trass]])''.

Gelöschter Kalk (Calciumhydroxid) ist ein stark [[Ätzende Stoffe|ätzender]], [[Alkalische Lösung|alkalischer]] Stoff; Kontakt mit den Augen kann zur [[Erblindung]] führen, Einatmen von Kalkhydratstäuben zu Atemproblemen, und auch ungeschützte Haut wird angegriffen. Erst der abgebundene Kalk ist wie Kalkstein diesbezüglich harmlos.

Im Hinblick auf Wärmespeicher käme die Rückwandlung von Löschkalk zu Branntkalk und Wasser(-dampf) bei Temperaturen ab 450 °C in Frage.<ref name=dlf />

== Abbinden des Kalks ==
An der [[Luft]] bindet gelöschter Kalk mit Hilfe von [[Kohlenstoffdioxid]] <chem>CO2</chem> wieder zu Calciumcarbonat ab, womit sich der Kreislauf schließt. Der Vorgang des Abbindens kann durch den geringen <chem>CO2</chem>-Gehalt der Luft, die Material[[feuchte]] sowie die entstehende [[Sinter]]schicht jahrelang dauern.

<div style="margin-left:1.6em">
<chem>CO2 + H2O -> H2CO3</chem><br />
<chem>H2CO3 + Ca(OH)_2 -> CaCO3 + 2 H2O</chem><br />
<small>Wasser und Kohlendioxid reagieren zu Kohlensäure.<br />
Kohlensäure und Calciumhydroxid reagieren anschließend zu Calciumcarbonat und Wasser.</small>
</div>

Dabei karbonatisieren ''Grau-'' und ''Schwarzkalke'' mit ihrem hohen Eigengehalt an Kohlenstoff deutlich schneller. ''[[Hydraulkalk]]e'' (die oben erwähnten Puzzolane, zementähnliche Kalke sowie Kalke, die mit porösen Anteilen angereichert sind, die Luft speichern oder Wasser aufsaugen) binden dabei auch im feuchten Milieu, manche sogar unter Wasser.

Gibt man zum ''[[Baukalk]]'' noch [[Sand]] (siehe [[Gesteinskörnung]]), erhält man [[Kalkmörtel]], einen der ältesten [[Baustoff]]e überhaupt. Der Löschkalk [[Bindemittel|bindet]] dabei zwischen den Sandkörnern ab und festigt die Masse, der billige Sand sorgt für die nötige Druckfestigkeit und hält den Verbrauch an Kalk niedrig. Optimalerweise ist der Sand auch kalkreich, dann ist die Verbindung nicht nur mechanisch, sondern der Kalk kristallisiert direkt an der Zuschlagoberfläche aus.

Mit den technischen Bezeichnungen der Materialien zeigt sich der Kalkkreislauf in folgender Form:

[[Datei:Kalkkreislauf2.png|mini|zentriert|500px|Der technische Kalkkreislauf]]

== Siehe auch ==
* [[Carbonat-Silicat-Zyklus]], der „natürliche“ Kalkkreislauf, der sich mit dem der Silikatgesteine vermengt
* [[Fresko]], die Technik der Wandmalerei, die direkt innerhalb des Kalkkreislaufs stattfindet
* [[Kalkstandard]]

== Literatur ==
* Rudolf Biehler: ''Kalk.'' Skriptum Philipps-Universität Marburg, 25. Juni 1998. ([http://chids.online.uni-marburg.de/dachs/expvortr/634.pdf Webdokument], pdf)
* Eberhart Schiele, Leo. W. Berens: ''Kalk. Herstellung – Eigenschaften – Verwendung.'' Verlag Stahleisen, Düsseldorf 1972, ISBN 3-514-00115-4.
* Hartmut Kainer: ''Kopplung von Wärme- und Stoffaustausch mit chemischer Kinetik bei der Zersetzung von natürlichen Karbonaten.'' Dissertation. Technische Universität Clausthal, 1982.
* ''Kalktaschenbuch.'' Bundesverlag der deutschen Kalkindustrie e. V., 2001.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Baustoffkunde]]
[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]

Technischer Kalkkreislauf - Versionsgeschichte

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