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Der technische Kalkkreislauf

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Team Entdeckungsreise
Der technische Kalkkreislauf
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Grundlagen zum Thema Der technische Kalkkreislauf

Inhalt

Technischer Kalkkreislauf – Chemie

Kalk oder Kalkstein ist ein natürlicher Rohstoff. Deutschland besitzt große Kalksteinbrüche, in denen meist über Tage Kalk abgebaut wird. Für die Weiterverarbeitung wird der Kalk in ein Kalkwerk transportiert. Kalk ist besonders für die Bauwirtschaft ein wichtiger natürlicher Baustoff, der z. B. zur Herstellung von Putz oder Mörtel verwendet wird. Bei der technischen Weiterverarbeitung des natürlichen Kalksteins fallen keine schädlichen Abfallprodukte an.

Diese Vorgänge bezeichnet man auch als sogenannten technischen Kalkkreislauf. Aber warum spricht man von einem technischen Kreislauf des Kalks? Und was ist der technische Kalkkreislauf überhaupt? Das sehen wir uns im folgenden Text genauer an.

Was ist der technische Kalkkreislauf? – Definition

Kalk (Chemie) besteht hauptsächlich aus Calciumcarbonat ($\ce{CaCO3}$) in Form der Mineralien Calcit und Aragonit. Beide Mineralien unterscheiden sich vor allem in ihrer kristallinen Struktur. Es gibt einen natürlichen Kalkkreislauf und einen technischen Kalkkreislauf. Wie der Name schon verrät, beschreibt der natürliche Kalkkreislauf die Vorgänge und die Wanderung der Calciumionen in der Natur. Beim technischen Kalkkreislauf handelt es sich um die technische Umwandlung des natürlichen Rohstoffs Kalkstein.

Wie funktioniert der technische Kalkkreislauf? – Erklärung

Im Folgenden erklären wir dir, wie in drei Schritten aus dem Rohstoff Kalk Stoffe gewonnen werden, die vielseitig in der Bauwirtschaft – aber auch in anderen Bereichen – eingesetzt werden können.

Schule: technischer Kalkkreislauf einfach erklärt

Im technischen Kalkkreislauf spielen also die Stoffe Kalkstein, Branntkalk und Löschkalk eine Rolle.

1. Schritt des technischen Kalkkreislaufs – Brennen

Der erste Schritt beim technischen Kalkkreislauf beginnt mit dem Brennen des Kalks. Kalkstein wird dabei auf $\pu{1 000 °C}$ erhitzt. In diesem ersten Schritt des technischen Kalkkreislaufs entsteht der sogenannte Branntkalk. Da für das Brennen eine ständige Energiezufuhr in Form von Wärme notwendig ist, spricht man hier von einer endothermen Reaktion. Der Branntkalk ist stark ätzend und wird auch als Calciumoxid ($\ce{CaO}$) bezeichnet.

Die Reaktionsgleichung für diesen ersten Schritt beim technischen Kalkkreislauf lautet:

$\ce{CaCO3 -> CaO + CO2}$ (endotherm)

2. Schritt des technischen Kalkkreislaufs – Löschen

Beim zweiten Schritt im technischen Kalkkreislauf wird dem Branntkalk Wasser zugesetzt. Durch das Wasser wird der Branntkalk gelöscht und das entstandene Produkt wird als Löschkalk bezeichnet. Das Löschen ist anders als das Brennen eine exotherme Reaktion, da Energie in Form von Wärme wieder freigesetzt wird. Dabei kommt es zur Verdunstung des Wassers. Der im technischen Kalkkreislauf entstandene Löschkalk ist, wie der Branntkalk, stark ätzend und wird als Calciumhydroxid ($\ce{Ca(OH)2}$) bezeichnet.

Die Reaktionsgleichung für diesen zweiten Schritt beim technischen Kalkkreislauf lautet:

$\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}$ (exotherm)

Der so hergestellte Löschkalk wird vor allem als Bindemittel in verschiedenen Baustoffen wie beispielsweise Mörtel eingesetzt.

3. Schritt des technischen Kalkkreislaufs – Abbinden

Der technische Kalkkreislauf schließt sich im dritten Schritt, dem sogenannten Abbinden.
Dabei verbindet sich das Calciumhydroxid ($\ce{Ca(OH)2}$), also der Löschkalk, mit dem Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) aus der Luft und wird wieder zu Calciumcarbonat ($\ce{CaCO3}$) bzw. Kalk.

Die Reaktionsgleichung für diesen dritten Schritt beim technischen Kalkkreislauf lautet:

$\ce{Ca(OH)2 + CO2 ->CaCO3 + H2O}$ (exotherm)

Der technische Kreislauf schließt sich hier also. Der Löschkalk wird beim Abbinden wieder zu Kalkstein, indem das im ersten Schritt beim Brennen entstandene Kohlenstoffdioxid aus der Luft nun wieder mit Calciumhydroxid zu Kalk reagiert. Das Wasser verdunstet und der Mörtel härtet aus. Im technischen Kalkkreislauf entstehen somit keinerlei schädliche Nebenprodukte.

Technischer Kalkkreislauf – Zusammenfassung

Kalk ist ein natürlicher Rohstoff, der vielseitig in der Baubranche und in anderen Bereichen eingesetzt wird. Die technische Verarbeitung findet in drei Schritten statt: Brennen, Löschen und Abbinden. Beim Kalkkreislauf entstehen keine Abfallprodukte.

In der folgenden Tabelle erklären wir dir nochmals zusammenfassend die wichtigsten Schritte des technischen Kalkkreislaufs.

Technischer Kalkkreislauf – Erklärung Produkt Reaktionsgleichung
1. Schritt – Brennen Branntkalk = Calciumoxid $\ce{CaO}$ $\ce{CaCO3 -> CaO + CO2}$
2. Schritt – Löschen Löschkalk = Calciumhydroxid $\ce{Ca(OH)2}$ $\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}$
3. Schritt – Abbinden Kalk = Calciumcarbonat $\ce{CaCO3}$ $\ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O}$

Auf dieser Seite findest du zusätzlich noch interaktive Übungen zum Technischen Kalkkreislauf. Du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen. Viel Spaß!

Transkript 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.

1 Kommentar

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  1. Toll und interessant!

    Von Samuel, vor mehr als einem Jahr
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