Kalk, Gips und Zement(PeterEnns-NatalieHeussner) · PDF fileKALK, GIPS UND ZEMENT Von Peter...

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  • KALK, GIPS UND ZEMENT

    Von Peter Enns und Natalie Heussner

  • Gliederung2

    1.Kalk 3.ZementVorkommen Geschichte

    Herstellung Zusammensetzung

    Gebrannter Kalk Herstellung und Verarbeitung

    Gelschter Kalk Vorgnge beim Erstarren

    Verwendung

    2.Gips 4.QuellenGeschichte

    Vorkommen

    Herstellung

    Vorgnge beim Abbinden

  • 1.Kalk: Vorkommen

    Unter Kalk versteht man im allgemeinen den Kalkstein sowie den daraus hergestellten gebrannten KalkKalkstein: CaCO3Gebrannter Kalk: CaOGelschter Kalk oder Kalkhydrat: Ca(OH)2Ausgangsprodukt Calciumcarbonat kommt in der Natur hauptschlich als Calcit oder in geringerem Mae auch als Aragonit und Vaterit vorIn natrlichen Vorkommen liegt CaCO3 oft in Mischung mit CaMg(CO3)2 vor, was auch als Dolomit bezeichnet wirdGemenge von Kalkstein mit Tonen bezeichnet man als Mergel (siehe Zement)Andere Vorkommen von Kalkstein sind Marmor, Travertin, Muschelkalk und KreideEs ist eines der hufigsten Mineralien auf der Erde; es umfasst ca. 4% des Gewichts der Erdkruste

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  • 1.Kalk: Vorkommen

    Dolomit kristallisiert zu rhombischen KristallenFarbe: farblos, wei, gelb braunVorkommen: Harz, Eifel, Schwbisch -Frnkische Alb

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    Calcit ist ein trigonales KistallsystemCalcitvorkommen gehen auf Meeresablagerungen zurck, vor allem durch Kalkalgen

  • 1.Kalk:Vorkommen

    Kalkalgen werden mit einer Gre von weniger als 30 Mikrometern zum Nanoplankton gezhlt und bilden winzige Kalkschilde, die sog. Coccolithen

    Kreidefelsen von Dover bestehen aus diesen Coccolithen

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  • 1.Kalk: Vorkommen

    Grte Teil der Kalkvorkommen geht auf Jahrmillionen lange Meeresablagerungen von abgestorbenen Muscheln, Korallen und Ammoniten zurckEine weitere Modifikation von Kalk ist der Marmor, der unter Einfluss von hohem Druck (10Kilobar) und Temperatur (400C) aus Dolomit und anderem carbonathaltigem Gestein entstehtPlattentektonikDer bekannteste Marmor ist der Carrara-Marmor aus Italien

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  • 1.Kalk: Herstellung7

    Kalkbrennen wurde frher in Erdlchern und Meilern mit Holz und Kohle als Brennstoff durchgefhrtAus diesem entwickelte sich der Schachtofen, in dem grob gemahlener Kalkstein (ca. 60-120 mm) und Kohle vermischt eingefhrt wurdeHat aber den Nachteil, dass nur grobe Stcke gebrannt werden knnen und dadurch die die Qualitt nicht gleichmig ist Fhrte zur Entwicklung von neuen Ofentypen, wie dem Querstromofen,Doppelschrgofen, Gegenstromofen, Drehrohofen usw.Neuentwicklung fhrten gleichmige Verteilung der Hitze und damit zu einer gleleichmigen ProduktqualittZudem kann nun feiner gemahlener Kalkstein verarbeitet werden (20-60mm), was eine hhere Ausbeute zur Folge hat

  • 1.Kalk: Gebrannter Kalk8

    Gebrannter Kalk ist ein Zersetzungsprodukt von CaCO3, das durch Erhitzen entstehtBei dolomitischem Gestein erfolgt Zersetzung in zwei Stufen:

    1. bei 650C- 750C Zersetzung von MgCO32. bei 900C Zersetzung von CaCO3

    CaCO3 CaO + CO2 technische Zersetzung: 900C 1100C Man spricht bei diesem Schritt auch von Entsuern des Kalks oder auch von KalzinationIst der Kalkstein mit Tonen verunreinigt, knnen beim Verbrennen Produkte wie 2CaO SiO2, 3CaO3Al2O3, 2CaO Fe2O3, 2CaO Fe2O3und 4CaO Al2O3 Fe2O3 entstehen siehe Kapitel Zement

  • 1.Kalk: Gelschter Kalk9

    CaO + H2O Ca(OH)2 , H= -65,5 kJ/molIn der Technik wird dieser Vorgang, der stark exotherm verluft, als Lschen bezeichnetDie Eignung als Bindemittel von gelschtem Kalk beruht auf der Reaktion mit CO2: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2OFestigkeit von abgebundenem Kalk beruht auf der Verwachsung der gebildeten CaCO3 KristallenNasslschverfahren: wurde frher an Baustellen durchgefhrt, indem man gebrannten Kalk mit Wasser mischte und dadurch einen Brei von hoher Plastizitt erhielt Trockenlschverfahren: im berlaufkessel; exotherme Reaktion fhrt dazu, dass Wasser verdampft und Ca(OH)2 mit nach oben reit, wo es mit einem berlauf abgetrennt wird Trockenlschen fhrt zu trockenem Ca(OH)2Pulver

  • 1.Kalk: Verwendung10

    Kalkstein: -Schotter fr Straen- und Schienenbau-Dngemittel-Zementherstellung; Zuschlag fr Mrtel u. Beton-Httenindustrie: Schlackenbildner; Entschwefelungsmittel

    Gebrannt Kalk: -Dngemittel -in der Eisen- und Stahlindustrie zur Entfernung vonSchwefel und Phosphor-in der Zuckerindustrie zur Entfernung von Oxal- bzw. Zitronensure aus dem Rohsaft

    Gelschter Kalk: -Herstellung von Kalkfarben-Rauchgasentschwefelung

  • 2.Gips: Geschichte

    Der Name Gips kommt vom griechischen gypsosGips wurde schon in der Antike als Baumaterial verwendetZuerst in gypten als Mrtel und fr Alabasterscheiben oder Statuen (Alabaster ist eine von mehreren Varietten des Gips)In Griechenland fr Bauornamente an GebudenDie Rmer entdeckten, dass durch starkes erhitzen von Gips ein Stoff entsteht, der mit Wasser einen idealen Putz ergibt

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  • 2.Gips: Vorkommen12

    Gips kommt in unterschiedlichen Modifikationen vor, die sich aus dem Gipsstein mit steigender Temperatur bilden:Dihydrat Halbhydrat AnhydritGipsstein, Dihydrat: CaSO4 2H2OBassanit, Halbhydrat: CaSO4 H2OAnhydrit: CaSO4Gips entstand durch Auskristallisieren aus Calciumsulfat-bersttigtem Meerwasser, man findet ihn auch als ein Verwitterungsprodukt sulfidischer ErzeGips ist weltweit verbreitet: groe Vorkommen in den USA, Mexico, Algerien, SpanienIn Deutschland: Osterode im Harz, Eisleben in Sachsen-Anhalt, Segeberger-Kalkberg

  • 2.Gips: Vorkommen

    Anhydritkristall: CaSO4Monoklines Kristallsystem (orthorhombisch)

    Bassanitkristall:CaSO4 H2O

    Gipsabbau im Tagebau: jhrlich mehrere Millionen Tonnen:

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  • 2.Gips: Herstellung14

    Anhydrit aus der Flusssure-Herstellung: Umsetzung von Flussspat mit konz. H2SO4: CaF2 +H2SO4 CaSO4 + 2HF (200C)und anschlieender Reinigung mittels CaO zur Entfernung von H2SO4CaO +H2SO4 CaSO4 +H2O (200C)

    Gips als sog. Chemiegips: bei der Herstellung und Reinigung organischer Suren wie Oxalsure oder Weinsure entsteht aus den Calciumsalzen dieser Suren als Nebenprodukt Calciumsulfat-Dihydrat:CaC2O4 +H2SO4 CaSO4 2H20 +H2C2O4

    Calciumoxalat Oxalsure

  • 2.Gips: Herstellung15

    Chemiegips aus der Rauchgasentschwefelung: zum Schutz der Umweltgewinnt die Rauchgasentschwefelung an Bedeutung. Das im Rauchgasenthaltene SO2 wird mit Wasser gebunden, mit gebranntem oder gelschtem Kalk gefllt und oxidiert:2SO2 + 2Ca(OH)2 2CaSO3 H2O +H2O3 H2O +2 CaSO3 H2O + O2 2CaSO4 2H2O2SO2 + 2Ca(OH)2 + O2 +2H2O 2CaSO4 2H2O

    Chemiegips aus der Phosphorsure-Produktion: Die grte Menge an Chemiegips entsteht bei der Umsetzung von natrlichen Phosphaten mit Schwefelsure:Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 +10H2O 3H3PO4 + 5CaSO4 2H2O + HFAus 1t Rohphosphat entstehen 1.7t Gips!

  • 2.Gips: Vorgnge beim Abbinden 16

    Abbinden von Gips: Darunter versteht man die Hydratation von Halbhydrat oder Anhydrit, d.h. Umkehrung des HerstellungsprozessGipsherstellung durch Abbinde fhige Abbinden durch

    Dehydratation Modifikationen Rehydratation

    CaSO4 H20

    CaSO4 2H2O -H2O CaSO4 +H2O CaSO42H2O

    1. Anmaischen von Gips mit Wasser2. Induktionsperiode: Keimbildung von Dihydrat aus bersttigter Lsung 3. Weiteres Wachstum der nadelfrmigen Dihydratkristalle und Einlagerung

    von unhydratisierten Bestandteilen4. Trocknung der Gipsmasse

  • 2.Gips: Verwendung

    Baustoff im Innenausbau als:Stuck- und EstrichgipsGipsfaserplatten oder Gipskartonplatten und Gipsdielen Gips als Zuschlagsstoff in der Zementindustrie (siehe nchstes Kapitel)Fllmaterial fr Farbstifte oder SchreibkreideNach dem Skiurlaub

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  • 3.Zement: Geschichte

    Die Bezeichnung Zement geht auf die Rmer zurck, die ein betonartiges Mauerwerk aus Bruchsteinen mit gebranntem Kalk als Bindemittel Opus Caementitium bezeichnetenEntdeckung der Bedeutung des Tongehaltes fr Zement durch den EnglnderJ. Smeaton (1724-1792), beim Bau des Eddystone-Leuchtturms bei PlymouthDer Franzose L. J. Vicat (1786 - 1861) und der Deutsche J. F. John (1782 1847)fanden unabhngig voneinander, dass Gemische aus Kalkstein und 25 bis 30% Ton sich am besten zur Herstellung von Zement eignetenerste deutsche Portlandzement nach englischem Vorbild wurde 1850 in Buxtehude hergestellt

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  • 3.Zement: Zusammensetzung19

    Am meisten verwendete Zement ist der sogenannte PortlandzementBesteht aus Kalkstein oder Kreide, Ton, Mergel und Zustzen von GipsTon: Mineral, das reich an Verbindungen wie Mg-, Al- und Siliciumoxiden istTricalciumsilikat 3CaO SiO2 (hufig verwendete Abkrzung ist C3S) gibt dem Portlandzement die gewnschten Eigenschaften, wie schnelle Hrtung, hohe Festigkeit; daher muss durch hohes Erhitzen dafr gesorgt werden, dass mglichst viel C3S entstehtReaktionsgemisch muss mglichst fein gemahlen sein, damit eine hohe Ausbeute resultiert

  • 3.Zement: Herstellung und Verarbeitung

    In Brechern erfolgt die Zerkleinerung der RohstoffeMischen und Trocknung der Rohstoffe in der RohmhleRohmehl wird in Drehrohofen bei 1450C gebranntKhlung auf 200C und Vermahlen mit Gips in der Kugelmhle zum Endprodukt, dem fertigen Zement

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  • 3.Zement: Vorgnge beim Erstarren21

    Nach dem Anrhren mit Wasser geht ein Teil des Gipses und des Tricalciumaluminats in Lsung und