Einleitung

Was ist Kalk und wie wird er hergestellt?

Kalkstein ist ein Naturprodukt, das fünf Prozent der Erdoberfläche einnimmt. Industriell verwertbare Lagerstätten zeichnen sich durch möglichst reine Qualität und Mächtigkeit des Vorkommens aus.

GPS-Technologie hilft bei der Erkundung und Beurteilung einer potenziellen Abbaustätte

Der erste Schritt für den Kalksteinabbau ist deshalb die Exploration einer potenziellen Abbaustätte. Mit modernen geophysikalischen Methoden und Satellitentechnik wird die Lagerstätte erkundet. Anschließend werden Kernbohrungen in genau berechnetem Raster bis in Tiefen von 350 m niedergebracht. Die Bohrkerne werden analysiert und geben Aufschluss über die Qualität der Lagerstätte.

Erst wenn sicher ist, dass der Kalksteinvorrat ausreicht und die Qualität den Anforderungen genügt – ein Abbau also wirtschaftlich sinnvoll erscheint –, beginnt die detaillierte Abbauplanung. In dieser Planungsphase werden bereits die wichtigsten Entscheidungen für den späteren Betrieb getroffen: Unter anderem legt der Abbauplan fest, wie hoch die Abbauwände werden sollen und wo der Abraum gelagert wird. Auch die Anlage des Klärteiches und die Erfordernisse des Landschafts- und Umweltschutzes werden in die Überlegungen einbezogen.

Virtuelle Abbauplanung am 3D-Modell

Gleichzeitig mit der Abbauplanung werden alle administrativen Schritte für die Eröffnung und den Betrieb eines Kalkwerkes vorbereitet. Eine Vielzahl von Gesetzen, Verordnungen und Verwaltungsvorschriften ist zu beachten. Alle Notwendigkeiten des Landschafts- und Naturschutzes fließen ebenso in die Anforderungen ein wie die Bestimmungen aus der Wasserwirtschaft, die Straßen- und Verkehrsplanung und andere Vorschriften. Auch die Belange der Anwohner werden berücksichtigt. Ein solches Genehmigungsverfahren kann 10 Jahre dauern – mit ungewissem Ausgang.

Fast alle Kalksteinlagerstätten in Deutschland sind von Deckschichten wechselnder Mächtigkeit überlagert. Sie müssen erst abgeräumt werden, bevor der Kalkstein abgebaut werden kann. Dieser Abraum wird mit Planierraupen, Baggern oder Radladern abgetragen und planmäßig wieder eingebaut oder als Sicht- und Lärmschutz verwendet. Wenn Außen- oder Hochhalden angelegt werden müssen, bezieht man sie direkt in die Planungen zur Wiederherrichtung mit ein. Sie werden sofort nach dem Anlegen standortgerecht bepflanzt und begrünt. Entsprechend dem mit den Behörden festgelegten Folgenutzungsplan bleiben die Halden nach Stilllegung des Steinbruchs als Landschaftsbestandteil für den Naturschutz bestehen oder dienen der naturnahen Freizeitnutzung.

Kalkstein wird in der Regel im Tagebau gewonnen. Das Material wird aus der Wand gesprengt, dabei werden stufenförmige Abbausohlen gebildet. Der herausgesprengte Stein wird von schweren Radladern aufgenommen, auf großformatige Schwerkraftwagen geladen und zum Brecher transportiert. Im Brecher wird der Stein zerkleinert. In vielen Kalkwerken lassen sich Verunreinigungen durch Absieben vom Stein trennen, in anderen Werken werden die Steine gewaschen. Das Waschwasser wird in einen Klärteich geleitet, wo sich die Feststoffe absetzen und das reine Wasser wieder in den Betriebskreislauf zurückgeführt wird. Die gereinigten Steine werden auf Siebanlagen nach unterschiedlichen Größen sortiert. Teilweise wird der Rohstein gemahlen. Ein Teil des Kalksteins wird ungebrannt verkauft und als Schotter, Splitt, Sand oder Mehl eingesetzt. Für die meisten Anwendungen muss der Kalkstein jedoch durch Brennen entsäuert werden.

Bei Temperaturen zwischen 900 und 1.200 °C wird der Kalkstein (CaCO3) in Calciumoxid (CaO = Branntkalk) und gasförmiges Kohlendioxid (CO2) zerlegt. Dabei nutzt die deutsche Kalkindustrie modernste Ofentechnologien.

KALKSTEIN (CACO3) + ENERGIE > 900 °C = KALK (CAO) + KOHLENDIOXID (CO2)

Das Prinzip des Kalkbrennens wird seit Jahrtausenden angewandt. Was sich geändert hat, ist die technologische Perfektion und Effizienz der Öfen.

Kalkbrennen kann beispielsweise im Drehrohrofen erfolgen. Drehrohröfen sind leicht geneigte, zylindrische Rohre, die sich um ihre Längsachse drehen. Die Länge eines solchen Ofens kann bis zu 120 m betragen. Der Durchmesser liegt zwischen vier und fünf Metern. Bei diesem Ofentyp wird der Kalkstein am leicht erhöhten Ende aufgegeben und durchwandert durch die Drehbewegung langsam den Ofen. Am Ende des Ofens, direkt beim Eintritt der Flamme, wird der fertige Branntkalk über einen Kühlrost oder Kühlschacht abgezogen.

Das Prinzip des Kalkbrennens

Für den Brennprozess werden heutzutage überwiegend Schachtöfen eingesetzt. Die stückigen Kalksteine werden in einem senkrecht stehenden, zylinderähnlichen Brennaggregat auf der Gichtbühne, rund 30 m über dem Erdboden, aufgegeben und rutschen langsam in die Brennzone, wo der Kalkstein entsäuert wird, das heißt, das mineralisch gebundene Kohlendioxid wird abgespalten. Der nunmehr gebrannte Kalk sinkt weiter nach unten, durchläuft die Kühlzone und wird am untersten Ende des Schachtofens abgezogen.

Ein Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ- Ofen (GGR-Ofen) ist ein leistungsstarker Schachtofen mit 2 oder 3 Schächten, die durch einen zentralen Überströmkanal miteinander verbunden sind. Mal strömt die für den Verbrennungsprozess nötige, hineingeblasene Luft in der einen, mal in der anderen Richtung um den Kalkstein, und sorgt für optimale und gleichmäßige Verteilung der Hitze. Dabei wird schon der Stein erwärmt, der zuoberst im Turm über den Brennerlanzen in der sogenannten Vorwärmzone liegt.

Die Kalkindustrie hat in der Vergangenheit viel Geld in umweltschonende Brennverfahren gesteckt und konnte so den Energieeinsatz deutlich verringern. Ofentechnisch sind nun weiteren Einsparungen enge Grenzen gesetzt. Ziel der Produktion ist jeweils eine möglichst gleichmäßige Qualität des Branntkalkes. Deshalb werden am Austrag ständig Proben gezogen und analysiert.

Der ofenfallende Branntkalk ist stückig. Nach einer Grobzerkleinerung in Prall- und Hammermühlen wird ein Teil als Stückkalk verkauft (ca. 25 % der Produktion). Der Rest wird in Mühlen verschiedenster Konstruktion zu Feinkalk gemahlen oder zu Kalkhydrat gelöscht. Kalkhydrat entsteht durch die Reaktion von Branntkalk mit Wasser.

Dieser chemische Vorgang, der auch als Hydratation bezeichnet wird, setzt Wärme frei. Branntkalk (CaO) und Wasser (H2O) setzen sich spontan zu Kalkhydrat (Ca(OH)2 = Calciumhydroxid) um. Für den Löschvorgang werden in der Kalkindustrie spezielle Löschmaschinen eingesetzt, die „trocken löschen“. Das heißt, die zugesetzte Wassermenge wird exakt so dosiert, dass als Endprodukt ein trockenes Pulver entsteht.

Durch gesteuertes Nass-Löschen von Branntkalk (Weißfeinkalk) oder durch Suspendieren von (Weiß-)Kalkhydrat in Wasser werden Kalkmilchprodukte hergestellt.