Entstehung von Kalk und Gips

Kalkentstehung

Viele natürlich vorkommende Mineralien (Kalziumfeldspäte, Augite, Hornblenden etc.) und die aus ihnen zusammengesetzten Gesteine beinhalten Kalziumionen (Ca2+). Global betrachtet kommen Kalziumionen in großen Mengen vor - so enthält die oberste Erdkruste ca. 5,08 % Kalzium. Ein geringer Teil dieses Kalziums wird mit der Zeit (mehrere tausende bis hunderttausende Jahre) unter Einfluss von Niederschlagwasser und in der Luft enthaltenem CO2 aus den Mineralien und Gesteinen gelöst und gelangt durch Oberflächenabfluss in das Grundwasser und in weiterer Folge in die Meere und Ozeane.

Sinkt der CO2-Partialdruck im Wasser oder nimmt der Wassergehalt am Weg in die Meere oder Ozeane ab, fällt ein kleiner Teil des Kalziums als Kalziumkarbonat (CaCO3) in fester Form aus. Es entsteht Kalkstein, welcher sich z.B. in Gesteinsspalten oder als Kalkkruste in ariden Gebieten ablagert. Der Großteil des gelösten Kalziums gelangt durch Bäche und Flüsse in die Meere und Ozeane. Dort wird das Kalzium hauptsächlich biologisch durch Algen, Korallen, Muscheln etc. als Stützgerüst in Form von Kalziumkarbonat (Kalkstein) ausgefällt. Auch Bakterien fällen Kalziumkarbonat im Meer in Form von sehr feinen Kalkpartikeln aus. Aus diesem Zusammenhang resultiert auch der Ausdruck Muschelkalk. Über sehr lange Zeiträume können sich in bestimmten Meeresregionen mehrere hundert Meter dicke Kalkschichten aufbauen.

Je nachdem, welche zusätzlichen Mineralien (z.B.: Eisenverbindungen, Tonminerale etc.) bei dieser Kalksteinbildung vorhanden sind, erhält der Kalk unterschiedliche Eigenschaften und Farben. Eine besondere Umwandlung findet unter Beisein von Magnesiumsalzen statt. Das Magnesium wird in den Kalk eingebaut und es entsteht MgCa(CO3)2. Ab Gehalten von 40 % MgCa(CO3)2 wird das Gestein als Dolomit bezeichnet. Durch unterschiedliche Um- und Überlagerungsprozesse entstehen unterschiedliche Kalkarten - vom sehr weichen Mergel über Kreidekalk bis zum sehr harten Marmor. Unter anderem bringt die Gebirgsbildung die im Meer entstandenen Kalkschichten - in Österreich in Form der Kalkalpen - zum Vorschein.
 

Entstehung von Gips

Gips ist ein Überbegriff für Kalziumsulfate (CaSO4). Dabei werden Kalziumsulfate mit unterschiedlichen Hydratisierungstufen (Kristallwassergehalten) wie Anhydrit oder Dihydrat zusammengefasst. Gips entsteht auf ähnliche Art und Weise wie Kalk. In mit Sulfat (SO4) und Kalzium (Ca) angereichertem Meerwasser bilden sich bei Wasserentzug (Verdunstung) in flachen Gewässern Gipskristalle. Die Gipskristalle sinken zu Boden und werden durch Überlagerung zu Gipsgestein verfestigt.

Diese Gipsschichten können mehrere Meter bis hunderte Meter dick werden. Da Gips zeitlich vor Kalk aus dem Meerwasser auskristallisiert, ist er oft mit Kalk oder Dolomit überlagert. Wie bei Kalkgestein gelangen die Gipsschichten durch Gebirgsbildung und ähnliche Prozesse an die Oberfläche.

Herkunft von Industriekalk und Industriegips

Industriekalk:

Kalzium wird in vielen industriellen Prozessen zur Beseitigung unerwünschter Elemente verwendet

Bei der Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben wird Kalkmilch (Branntkalk + Wasser) dem Rohsaft beigegeben, um Nichtzuckerstoffe zu fällen. Ein Teil des Kalziums bleibt frei im Rohsaft bzw. bindet an den Zucker. Dieses Kalzium wird durch Einleiten von CO2 als CaCO3 ausgefällt. Das mit Nichtzuckerstoffen verbundene Kalzium und das als CaCO3 gefällte Kalzium werden aus dem Rohsaft gefiltert und mit Filterkammerpressen getrocknet. Der so entstandene Carbokalk kann in der Landwirtschaft als Dünger verwendet werden.

Kalk wird bei der Eisenerzeugung dem Eisenerz zugegeben, um den im Erz und der beigegebenen Kohle enthaltenen Schwefel zu binden und eine leicht schmelzbare Schlacke zu erhalten. Die Schlacke trennt sich im Ofen vom Eisen und wird gesondert entfernt und als Hüttenkalk bezeichnet.

Ein ähnliches Verfahren wird bei der Stahlherstellung angewandt. Im LD-Verfahren wird Kalk in die Schmelze eingebracht, um unerwünschte Begleitstoffe zu entfernen. Die dabei entstehende Schlacke wird als Konverterkalk bezeichnet. Vor allem Konverterkalk wurde in Österreich jahrzehntelang als Dünger in der Landwirtschaft verwendet. Aufgrund seiner hohen Schwemetallgehalte (Chrom IV etc.) wurde er verboten. Dieses Verbot wurde 2016 auf Druck der Industrie wieder aufgehoben.  

Industriegips:

Kalzium wird in vielen industriellen Prozessen zur Beseitigung unerwünschter Elemente verwendet. So wird Kalkmilch zu Rauchgasentschwefelung in Gaskraftwerken verwendet. Dabei entsteht aus dem Kalzium der Kalkmilch und dem Schwefel in den Abgasen Gips (CaSO4).


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