Kalk [1]

Kalk, im gewöhnlichen Sinne soviel wie kohlensaurer K., der in den größten Mengen als Kalkstein, Marmor, Kreide, Kalkspat etc. vorkommt; dann soviel wie gebrannter K. (Calciumoxyd) oder gelöschter K. (Ätzkalk, Calciumhydroxyd). Der gebrannte K. wird im großen zur Bereitung von Mörtel dargestellt. Dies geschieht durch sehr starkes Erhitzen (Kalkbrennen) des kohlensauren Kalkes unter Verhältnissen, die das Entweichen der von dem K. sich trennenden Kohlensäure gestatten. Man verarbeitet in Steinbrüchen gewonnenen Steinkalk, als Geschiebe oder Gerölle gesammelten Lesekalk, erdigen Mergelkalk, der vor dem Brennen meist eingesumpft und in Formen gestrichen werden muß, und am Meeresstrand gesammelte Muschelschalen (Muschelkalk). Bei Rotglut verliert der kohlensaure K. Wasser, und es beginnt das Entweichen von Kohlensäure, die indes erst bei Weißglut vollständig ausgetrieben wird. Reiner K. verändert sich dabei nicht weiter; häufig aber enthält der kohlensaure K. Ton (kieselsaure Tonerde) und Kieselsäure, und dann entstehen bei hoher Temperatur sinternde Tonerdekalksilikate, die bewirken, daß der gebrannte K. sich beim Übergießen mit Wasser schwer oder nicht mehr löscht (totgebrannter K.).

Fig. 1. Durchschnitt.

Fig. 2. Grundriß.

Fig. 3. Beschickung. Fig. 1–3. Kalkofen für periodischen Betrieb.

Um dies zu vermeiden, ist die Temperatur sorgfältig zu regeln; aber auch dann bleibt unreiner K. minderwertig, weil die Beimengungen nicht jene Eigenschaften besitzen, wegen der man den K. anwendet. Zu völliger Austreibung der Kohlensäure bei schnellem Erhitzen ist eine Temperatur von 925° erforderlich. Das Entweichen der Kohlensäure wird durch Wasserdampf oder durch einen Gasstrom, der die Kohlensäure fortführt, unterstützt. 100 kg kohlensaurer K. lassen sich theoretisch durch 5,26 kg Steinkohle zersetzen, in der Praxis aber braucht man unter den günstigsten Bedingungen (im Ringofen) 11–11,5 kg. Man brennt den K. bisweilen noch in Meilern, in denen man den Kalkstein mit Stein- oder Braunkohle schichtet, in meilerähnlichen Feldöfen oder Gruben, bei größerm Betrieb aber in Kalköfen. Am häufigsten werden stehende Kalköfen angewendet, die man zweckmäßig an oder in einem Bergabhang neben dem Kalkbruch anlegt und 1,25–15 m hoch und zwar zylindrisch, viereckig, konisch, elliptisch etc. baut. Man unterscheidet auch Flaschenösen mit Verjüngung nach oben und Trichter- oder Kesselöfen mit Erweiterung nach oben, im letztern Fall zweckmäßig von der Gestalt eines halben Eies. Beide Ofenarten werden auch Schneller- oder Fixöfen genannt. Nach dem Betrieb unterscheidet man Ofen mit periodischem oder kontinuierlichem Gang, je nachdem man den Ofen nach dem Ausziehen des garen Kalkes abkühlen läßt und dann wieder füllt oder rohen Kalkstein ununterbrochen in dem Maß oben ausgibt, wie garer unten ausgezogen wird. Einen Ofen für periodischen Betrieb zeigen Fig. 1–3. Zum Brennen dient der untere, oben überwölbte Raum von 4 m Höhe. Er besitzt vier Schürlöcher e e e e mit Rosten für das Brennmaterial (Braun- oder Steinkohle). Der K. wird durch die Öffnung b eingetragen, die man nach der Füllung des Ofens vermauert. Durch d wird der gebrannte K. ausgetragen, a ist der Zugang zu dem Raum über dem Gewölbe. Man beobachtet von dort das Austreten der Flamme aus den Gewölbeöffnungen, um nach Erfordernis einzelne derselben durch ausgelegte Steine zu verschließen und die Glut in andre Teile des Ofens zu lenken. Fig. 2 und 3 zeigen, wie der Ofen eingesetzt wird. Bei jeder Feuerung baut man ein zur bessern Verteilung der Flamme dienendes Gewölbe, und in der Mitte wird ein Stück Holz angebracht, durch dessen Verbrennung ein zentraler Schacht zur Leitung der Flamme entsteht. Man feuert in den ersten sechs Stunden schwach und gibt dann allmählich stärkeres Feuer, bis die gelbe Kalkflamme aus den Gewölbeöffnungen hervorschlägt und eine klare Glut im Ofen sichtbar ist.

Kontinuierlich brennende Kalköfen sind meist Schachtöfen wie der Steinbrücksche und der sehr beliebte Rüdersdorfer (Fig. 4 und 5). Er besteht aus dem Schacht, der durch die Futtermauer d und das von dieser durch einen mit Asche und Schutt gefüllten Zwischenraum getrennte Rauhgemäuer e gebildet wird, und besitzt außerdem eine Umhüllungsmauer c, so daß zwischen dieser und dem Rauhgemäuer ein Raum bleibt, der durch Gewölbe in Zellen geteilt ist. Letztere benutzt man zur Aufbewahrung von Material. Während des Ganges des Ofens ist der untere Teil des Schachtes mit gar gebranntem K. gefüllt, der durch die vier Zugöffnungen a an der Schachtsohle von Zeit zu Zeit gezogen wird. Der Schacht hat eine Höhe von etwa 14 m. Ungefähr 4 m über der Sohle befinden sich die Feuerungen b für Torf und Holz, die zu drei oder fünf um den Ofen herum angebracht und mit Rost u. Aschenfall versehen sind.

Fig. 4. Durchschnitt.

Fig. 5. Grundriß. Fig. 4 u. 5. üdersdorfer Kalkofen.

Um die Arbeiter vor der von dem gezogenen K. ausströmenden Hitze zu schützen, ist ein Kanal angebracht, durch den die Hitze in die Gewölbe gelangt. Der einmal angeheizte Ofen wird so lange im Gang erhalten, bis Reparaturen erforderlich werden. Man verbraucht in diesem Ofen auf 1 Volumen gebrannten K. 1,4 Vol. hartes oder 2–2,25 Vol. weiches Holz oder 1,5–2 Vol. Torf. Mit 1 Vol. Braunkohle erhält man 1–1,5. mit 1 Vol. Steinkohle bis 3,5 Vol. gebrannten K. Von andern kontinuierlichen Kalköfen ist besonders noch der Dietzsche Etagenofen zu nennen, der eine erhebliche Brennmaterialersparnis gewährt. Hochtonige Kalke fordern in diesem Ofen 13–15 Proz., Kalke mit 98 oder 99 Proz. kohlensauren K. 22–23 Proz. Steinkohle. Gegenüber andern Schachtöfen ist dies eine Ersparnis der Hälfte bis zu zwei Dritteln des Brennstoffes. Sehr vorteilhaft ist die Benutzung des Ringofens, namentlich zur Herstellung großer Quantitäten. Nur muß die fertig gebrannte Ware durch Schieber abgesperrt und nicht zum Vorwärmen der Luft benutzt werden, weil der K. aus letzterer Kohlensäure aufnehmen würde. Ringofenkalk ist leichter und ergiebiger als der in gewöhnlichen Schachtöfen gebrannte K., jener erlaubt 100, dieser 90 Scheffel auf einen Waggon zu verladen, jener gibt auf eine Tonne 24–25 Kubikfuß gelöschten K., dieser nur 17 bis 18. Ringofenkalk hält somit die Konkurrenz auf ganz erheblich größere Entfernungen aus als der im Schachtofen gebrannte K. Die Tagesproduktion im Ringofen ist etwa zehnmal so groß wie im Rüdersdorfer Ofen. Wo die Anlagekosten auch des kleinsten Ringofens zu hoch erscheinen, empfiehlt Hotop den Partialofen, der den Übergang von den periodischen Ofen zu dem Ringofen bildet und aus dem Bestreben entstanden ist, den letzten gewissermaßen ratenweise anzulegen. Je länger der Brennkanal dieses Ofens ist, desto mehr nähert sich der Betrieb demjenigen des Ringofens, und desto geringer ist der Kohlenverbrauch. Auch die Anlagekosten dieses Systems sind im Verhältnis zur Leistung erheblich billiger als die irgend eines periodischen Ofens.

Auch Schachtöfen mit Gasfeuerung in verschiedenen Ausführungen werden zum Kalkbrennen benutzt. Sie wurden anfangs hauptsächlich in der Zucker- und Ammoniaksodafabrikation angewendet, wo man die aus dem K. ausgetriebene Kohlensäure mit den Verbrennungsgasen unter der verschlossenen Gicht ableitet, um sie in dem Fabrikbetrieb zu benutzen. Der Gaskalkofen gleicht in der innern Form etwa einem Rüdersdorfer Ofen, nur sind an Stelle der Feuerungen Gasdüsen angebracht, die mit einem nahe am Ofenschacht herumgehenden Gaszuführungskanal verbunden werden. Die Verbrennungsluft tritt durch die noch glühenden Steine unterhalb der Düsen durch die im Boden befindlichen, mit Falltüren versehenen schrägen Ausziehkanäle ein. An zwei Seiten des Ofens befinden sich Gasgeneratoren, aus denen das Gas zunächst in Teersammler (zur Abscheidung der Teerdämpfe durch Abkühlung), dann in den erwähnten Gaszuführungskanal tritt. Siemens hat in den Regenerativ-Zwillingsschachtöfen das System der Gasfeuerung zu hoher Vollkommenheit entwickelt. Die Gasfeuerung gestattet die Benutzung jeglichen Brennmaterials, vermeidet die lästige Rauchbildung bei Beginn des Brandes, gewährt bedeutende Ersparnis an Brennmaterial, erhöht die Leistungsfähigkeit und liefert ein sehr reines Produkt. Bisweilen werden auch die Gichtgase aus Hochöfen oder die Wärme aus Koksöfen zum Kalkbrennen benutzt.

Kohlensaurer K. verliert beim Brennen an Gewicht 44 Proz., an Volumen aber nur 10–15 Proz., mithin ist der gebrannte K. porös und leichter (spez. Gew. 2,3); reines Calciumoxyd CaO ist weiß, unschmelzbar; der gewöhnliche gebrannte K. ist durch Eisenoxyd meist gelblich und durch Verunreinigungen, namentlich mit Silikaten, schmelzbar. Er saugt begierig Wasser auf, erhitzt sich dabei (bis 150°) und zerfällt unter starker Volumvergrößerung und Entwickelung eines laugenartigen Geruchs (er »löscht sich«) zu gelöschtem K. (Kalkhydrat, Calciumhydrat, Calciumoxydhydrat, Calciumhydroxyd Ca O₂H₂). 100 Teile K. erfordern etwa 32 Teile Wasser zur Bildung von Hydrat. Trockner K. absorbiert keine Kohlensäure, aber an der freien Luft absorbiert er allmählich Feuchtigkeit und zerfällt zu pulverigem Kalkhydrat, das begierig Kohlensäure aufnimmt und sich in kohlensauren K. verwandelt. Beim Löschen muß man den K. mit mehr Wasser übergießen, als er zur Bindung bedarf (2,5–3 Teile), weil er nur in diesem Fall einen voluminösen, zarten Kalkbrei liefert. Dieser fühlt sich fett, schlüpfrig und zäh an, wenn aber der K. magnesia- und tonreich war, kurz, wenig geschmeidig, mager. Danach unterscheidet man fetten und magern K. Reiner K. gibt mit 2,5 Teilen oder 3,2–3,6 Volumen Wasser das 2,51ache Gewicht oder das 3,2–3,6fache Volumen Kalkbrei (so weit abgetrocknet, daß er Risse bekommt), magerer K. aber mit 2–2,5 Volumen Wasser nur das zweifache Volumen Brei. Man sagt daher, fetter K. wächst oder gedeiht besser als magerer. 10 Proz. Magnesia machen den K. schon deutlich mager, bei einem Gehalt von 25–30 Proz. Magnesia ist der K. unbrauchbar. Läßt man den K. mit wenig Wasser zu Pulver zerfallen, so erhält man mit diesem nicht mehr einen fetten Brei. Zur Aufbewahrung löscht man den K. und bringt den dünnen Brei in eine Grube mit durchlassenden Wänden (man »sumpft ihn ein«); er wird dann mit der Zeit noch fetter und speckiger infolge vollständigerer Löschung. Damit er nicht Kohlensäure anzieht, bedeckt man ihn mit Brettern und schüttet auf diese eine Lage Sand. Man kann gebrannten K. für die Mörtelfabrikation jahrelang aufbewahren, wenn man ihn mit wenig Wasser zu Pulver löscht, in einem Haufen acht Tage liegen läßt, durch ein Sieb mit 0,5 mm weiten Maschen das Grobe absiebt, dies zerreibt, ebenfalls zu Pulver löscht und das Produkt in Haufen aufschüttet, die vor Regen geschützt oder mit Kohlenasche bedeckt werden müssen. Unter Kalkmilch versteht man eine rahmartige Mischung von Kalkhydrat mit Wasser; bei längerm Stehen setzt sich aus derselben das Kalkhydrat zu Boden, und über demselben befindet sich dann eine klare Lösung von Kalkhydrat in Wasser (Kalkwasser). 100 Teile Wasser lösen bei

Die Lösung schmeckt schrumpfend, reagiert alkalisch, trübt sich beim Erhitzen, überzieht sich an der Luft mit einem Häutchen von kohlensaurem K. und gibt mit Leinöl eine eigelbe Emulsion. Ätzkalk ist eine starke Base, wirkt ätzend, fällt die Magnesia- und die Metallsalze, zersetzt die Kohlensäuresalze der Alkalien. bildet mit Säuren die Kalksalze (s. d.), löst sich leicht in Zuckerlösung zu Zuckerkalk und bildet mit Chlor den Chlorkalk. Man benutzt gebrannten K. zu feuerfesten Tiegeln, zum Drummondschen Kalklicht, als schlackenbildenden Zuschlag beim Ausbringen von Metallen, als Zusatz zum Glassatz, bei der Verarbeitung des Kryoliths, zur Verarbeitung der Melasse, zum Austrocknen von geschlossenen Räumen, zum Entwässern von Flüssigkeiten, mit denen er sich nicht chemisch verbindet, als Putzmittel, zu Kitten etc. Meist aber wird er gelöscht und zu Mörtel benutzt. Der gelöschte K. findet außerdem ausgedehnte Anwendung in der chemischen Industrie wegen seiner basischen Eigenschaften, weil er nach Ausnutzung derselben aus den Flüssigkeiten durch Kohlensäure oder Schwefelsäure in Form von unlöslichem kohlensaurem oder schwefelsaurem K. wieder ausgeschieden werden kann, während man bei Anwendung von Alkalien statt des Kalkes immer Alkalisalze, die oft störend wirken, in Lösung behält. Man benutzt Ätzkalk außerdem zur Bereitung von Ätzkali, Ätznatron, Ammoniak aus Salmiak, von Chlorkalk, chlorsaurem Kali, Bleichflüssigkeit, zum Fällen der Magnesia aus den Mutterlaugen der Salinen, zum Reinigen des Leuchtgases, zum Entschwefeln der Rohlaugen in der Sodafabrikation, zum Einkalken des Getreides vor dem Säen, zum Reinigen der Runkelrübensäfte in der Zuckerfabrikation, in der Sodafabrikation, zum Enthaaren und Vorbereiten der Häute in der Gerberei, zum Bäuchen der zu bleichenden Baumwollengewebe, zum Reinigen des Kesselspeisewassers, zur Darstellung von Indigküpen in der Färberei, zum Verseifen der Fette bei der Stearinsäurefabrikation, bei der Verarbeitung des Kryoliths, zum Neutralisieren der Schwefelsäure bei der Traubenzuckerfabrikation, zur Herstellung von Kitten. Gebrannter K. wird auch als Desinfektionsmittel benutzt; für viele Fälle sehr wirksam ist Kalkmilch aus 1 Teil gebranntem K. und 4 Teilen Wasser. Kalkwasser wird arzneilich zu Mund- und Gurgelwässern, Inhalationen, Verbandwässern, Einspritzungen etc. benutzt.

Hygienisches. Bei der Kalkbrennerei entwickeln die Öfen älterer Konstruktion große Mengen von Rauch, der die Umgegend oft auf 2–3 km belästigt. Bei der Anlage von Kalkbrennereien ist daher die herrschende Windrichtung zu berücksichtigen. Die neuern Kalköfen erzeugen viel weniger Rauch, aber die Arbeiter kommen leichter in die Lage, sich den der Gicht entströmenden kohlenoxydreichen Gasen auszusetzen. Beim Ziehen des gebrannten Kalkes entsteht Staub, der für die Arbeiter und die Umgebung, besonders die Vegetation, schädlich ist. Es ist daher für geeignete Ventilation vor den Ausziehöffnungen und dafür Sorge zu tragen, daß der mit der Asche des Brennmaterials gemischte Kalkstaub vor dem Winde geschützt wird.

Prüfung. In den meisten Fällen genügt zur Wertbestimmung des Kalkes eine Bestimmung des Kohlensäuregehalts; stark magnesiahaltige Kalksteine muß man gewichtsanalytisch untersuchen. Guter K. soll nicht unter 82 Proz., womöglich über 86 Proz. Calciumoxyd enthalten. Zur Feststellung des Wertes eines Düngekalks bestimmt man durch Glühen Wasser+Kohlensäure, durch Lösen in Salzsäure etc. das Unlösliche, durch Fällen der Lösung mit Ammoniak Eisenoxyd und Tonerde. Die Differenz ist K. und Magnesia. Zur Prüfung der Volumvermehrung, des Gedeihens, des gebrannten Kalkes beim Löschen mit Wasser dient das Mörtelvolumeter von Michaelis, eine Dose, deren Deckel, der durch Schrauben befestigt werden kann, ein graduiertes Rohr trägt. Man ermittelt in diesem Apparat mit Hilfe von Ligroin das Volumen von 50 oder 100 g des gebrannten Kalkes, löscht dann 50 g K. mit 200–300 g Wasser in der mit einem Uhrglas bedeckten Dose auf einem Wasserbad und erwärmt, bis der von Zeit zu Zeit durch Aufsetzen der Dose zusammengerüttelte Brei Schwindungsrisse zeigt. Dann läßt man abkühlen, setzt den Deckel auf und füllt mittels Vollpipetten Wasser in den Apparat, bis dasselbe in der Meßröhre stehen bleibt. Durch einfaches Ablesen kann man das Volumen des gelöschten Kalkes ermitteln. Vgl. Heusinger v. Waldegg, Die Kalkbrennerei und Zementfabrikation (5. Aufl. von Naske, Leipz. 1903); Schmatolla, Die Brennöfen für Tonwaren, Kalk, Magnesit te. (Hannov. 1903). – Über hydraulischen K. s. Zement; salzsaurer K., soviel wie Calciumchlorid.