Vom Naturprodukt zum Rohstoff

Der erste Schritt für den Kalksteinabbau ist die genaue Erkundung einer möglichen Abbaustätte. Dies geschieht mit modernen geophysikalischen Methoden und Satellitentechnik. Anschließend werden Kernbohrungen in genau berechnetem Raster bis in Tiefen von 350 m niedergebracht. Die Bohrkerne werden untersucht 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.

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. Die Genehmigungsbehörden prüfen die vorgelegten Unterlagen sehr genau. Alle Notwendigkeiten des Landschafts- und Naturschutzes fließen ebenso in die Beurteilungskriterien ein wie die Anforderungen aus der Wasserwirtschaft, die Straßen- und Verkehrsplanung und andere Vorschriften. Auch die Belange der Anwohner werden berücksichtigt – gute Nachbarschaft ist jedem Kalkwerk wichtig.

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.

Ist der Abraum beseitigt, beginnt der eigentliche Kalksteinabbau.

Allen Sprengverfahren ist gemeinsam, dass mit Großbohrlochmaschinen in regelmäßigen Abständen Löcher mit Durchmessern von 95 bis 380 mm in den Stein gebohrt werden. Diese Bohrlöcher werden mit Sprengstoff gefüllt und anschließend mit elektrischen Zündern versehen. Der Sprengstoff ist gegen Schlag und Stoß unempfindlich; sein Gattungsbegriff ANFO steht für die beiden Komponenten Ammoniumnitrat (AN) und Schweröl (FO für Fuel Oil). Die nur in Verbindung explosiven Komponenten werden erst am Bohrloch vermischt und später elektrisch gezündet. Durch diese Vorgehensweise wird eine hohe Arbeitssicherheit gewährleistet.

Die Zünder in den Sprenglöchern (manchmal mehrere in einem Sprengloch) werden im Tausendstel-Sekunden-Abstand gezündet. Für den Beobachter scheint zwar die Sprengung gleichzeitig abzulaufen, er vernimmt auch nur einen Detonationsknall; die kurze Verzögerung reduziert aber die Erschütterung in der Umgebung auf ein Minimum. Durch die Sprengung wird das Gestein leicht angehoben und fällt als grobstückiges Haufwerk in unterschiedlicher Korngröße am Fuß der Wand zusammen.

Nur wenige übergroße Gesteinsbrocken, die Knäpper, müssen nachträglich zerkleinert werden, meistens durch eine Fallbirne. Diese Eisenkugel von rund 10 t Gewicht wird vom Radlader auf rund 5 m Höhe angehoben, fällt auf den Knäpper und zerkleinert ihn.

Im Brecher wird der Stein durch schlagende oder drehende Bewegung auf eine definierte Korngröße verkleinert. Teilweise sind mehrere Brecher hintereinandergeschaltet. Die Härte des Gesteins, die angestrebte Korngrößenverteilung und die täglich zu bewältigende Rohsteinmenge bestimmen Art, Größe und Konstruktion des Brechaggregates.

In vielen Kalkwerken lassen sich Verunreinigungen durch Absieben vom Stein trennen, in anderen Werken werden die Steine gewaschen. In diesem Fall durchlaufen die Kalksteine eine Waschtrommel und werden anschließend über Siebanlagen geleitet, sodass Verunreinigungen und Feinstanteile mit dem Wasser abfließen können. 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. Ständig rotierende, exzentrisch gelagerte oder mit Unwuchtgewichten versehene Wellen versetzen die großen Siebkästen mit unterschiedlich großen Maschenweiten in starke Schwingungen. Das Korngemisch wandert auf diese Weise langsam über die Gitter und wird in verschiedene Größen, die Kornfraktionen, zerlegt.

Nach dieser Klassierung wird das Steinmaterial nach Verwendungsbereichen getrennt. Die Körnungen werden gelagert, zum Teil nachgebrochen, teilweise wird der Rohstein gemahlen.

Der klassierte oder gemahlene Kalkstein ist bereits in dieser Verarbeitungsstufe ein begehrter Rohstoff. Rund ein Viertel der deutschen Kalksteinproduktion wird als Schotter, Splitt oder Sand oder Mehl eingesetzt. Das Material wird an die Bauwirtschaft geliefert, im Umweltschutz verwendet oder in der Landwirtschaft.

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.

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, d. h., 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 Brennlanzen 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.