Zement-, Kalk- und Gipsindustrie

Zement

Zement (lat. caementum „Bruchstein“, „Baustein“) ist ein hydraulisches Bindemittel für die Baustoffe Mörtel und Beton.


Grundlagen

Zement ist ein anorganischer, nichtmetallischer, feingemahlener Stoff, der nach dem Anrühren mit Wasser infolge chemischer Reaktionen mit dem Anmachwasser selbständig erstarrt und erhärtet; er bleibt nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig.

Chemisch betrachtet ist Zement hauptsächlich kieselsaures Calcium mit Anteilen an Aluminium und Eisen, das als kompliziertes Stoffgemisch vorliegt. Im Allgemeinen enthält er auch Anteile an Sulfaten.

Portlandzement ist ein meist graues Pulver, welches in großindustriellen Prozessen aus den Rohmaterialien Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz hergestellt wird. Wichtigstes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Mörtel und Beton, also das Verbinden natürlicher oder künstlicher Zuschläge zu einem festen Baustoff, der üblichen Umwelteinwirkungen gegenüber dauerhaft ist. Aufgrund der hohen Festigkeit und Dauerhaftigkeit von Beton ist Zement weltweit eines der wichtigsten Bindemittel.

Daneben dient Weißzement beziehungsweise Dyckerhoff-Weiß als Pigment.






Herstellungsprozess

Zement wird heute in modernen Zementwerken in einem kontinuierlichen Prozess aus überwiegend natürlichen Rohstoffen nach dem im folgenden beschriebenen Trockenverfahren hergestellt. Dabei erreichen die Anlagen eine Leistung von 3.000 bis 10.000 Tonnen Klinker pro Tag. Vorgänger des Trockenverfahrens waren Nass- und Halbnassverfahren, bei denen die Rohstoffe im nassen Zustand vermahlen und gemischt wurden. Wegen des hohen Energieaufwands beim anschließenden Trocknen sind diese Verfahren heute jedoch in der Regel nicht mehr konkurrenzfähig.

Die Rohstoffe (in der Regel Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz) werden in Steinbrüchen abgebaut, in Brechern vorzerkleinert und in das Zementwerk befördert. In einer Rohmühle werden alle Rohmaterialien zusammen vermahlen und gleichzeitig getrocknet. Das dabei entstehende Rohmehl wird dann in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von ca. 1.450 °C zu sogenanntem Klinker gebrannt, welcher dann in einem Kühler auf eine Temperatur von unter 200 °C heruntergekühlt wird. Die entstehenden graubraunen Granalien werden anschließend in einer Kugelmühle zusammen mit Gips oder Anhydrit zum fertigen Produkt, dem Zement, vermahlen.

Durch die Zumahlung von unterschiedlichen Zusatzstoffen wie Hüttensand, Puzzolan, Flugasche und Kalkstein können Zemente mit verschiedenen chemischen und physikalischen Eigenschaften hergestellt werden.

Schematische Darstellung eines Zementwerkes:





Normung

Zement wurde schon sehr früh genormt. Aktuell wird die Zementzusammensetzung in der EN 197-1 geregelt.

Die aktuelle Norm unterscheidet im Allgemeinen 28 Zementarten. 27 der Zementarten werden nach prozentuellen Gewichtsanteil der sie zusammensetzenden Stoffe unterschieden (Normalzementarten). Die letzte Zementart (Sonderzemente) ist lediglich eine Beschreibungsvorschrift, die die Bezeichnung der Zemente regelt, die in der Norm (wegen ihrer Zusammensetzung) nicht enthalten werden können.

Die Anwendungen von einzelnen Zementarten sind ebenfalls genormt. Hier kommt allerdings außer der EN 197-1 die DIN 1164 zum Einsatz. Die DIN 1164 beschreibt, für welche Umwelteinflüsse und Einbausituationen (die Norm benutzt dazu den Begriff „Expositionsklassen“) welche Zemente vorgeschrieben sind (z.B. hüttensandhaltige Zemente für Unterwasserbeton).


Wirtschaftliche Aspekte

Verbraucher

Den größten Bedarf an Zement hat die Volksrepublik China. Dort werden ungefähr 45 % der weltweiten Produktion verbaut.

Volkswirtschaftlich ist der Jahres-Zementverbrauch pro Kopf der Bevölkerung eine interessante Kenngröße. In Ländern wie Indonesien werden nur ca. 15 bis 20 kg pro Einwohner jährlich benötigt; in Ländern wie Singapur oder den arabischen Ländern kann der Verbrauch mehr als 2.000 kg pro Einwohner im Jahr betragen. Der Verbrauch in Deutschland hat Werte um etwa 350 kg pro Einwohner im Jahr. Der Jahresverbrauch an Zement ist so eine wichtige Kenngröße zur Intensität der Bautätigkeit in einer Region.


Produzenten

Literatur
• Friedrich W. Locher: Zement: Grundlagen der Herstellung und Verwendung, Verlag Bau + Technik GmbH, Düsseldorf 2000, ISBN 3-7640-0400-2.
• Verein Deutscher Zementwerke: Zement-Taschenbuch 2002, 50. Ausgabe, Verlag Bau + Technik GmbH, Düsseldorf 2002, ISBN 3-7640-0427-4.

Kalkwerk

Ein Kalkwerk dient der Gewinnung von Kalkstein aus Steinbrüchen und der Herstellung von Produkten aus Kalkstein. Dabei stellt das Kalkbrennen im Kalkofen den wichtigsten Veredelungsschritt dar. Dabei wird Calciumcarbonat, der Hauptbestandteil des Kalks, in Calciumoxid umgewandelt. Die verschiedenen Produkte werden mit Silozügen zu den Abnehmern gebracht, als Schüttgut oder Sackware ausgeliefert.






Gewinnung von Kalkstein

Der Kalkstein wird meist übertage in Steinbrüchen, selten in Bergwerken, gewonnen. Eine mögliche Abbaustätte wird vorab erforscht, geophysikalische Methoden und Kernbohrungen geben Aufschluss über Lage und Qualität des Gesteins. Die Lagerstätte wird kartiert, am Computer werden dreidimensionale Modelle entwickelt und auf ihre wirtschaftliche Abbaufähigkeit hin untersucht. Die Genehmigungsbehörden wägen alle anstehenden Interessen gegeneinander ab, bevor sie die Stätte für den Abbau freigeben. Der Betreiber muss eine Vielzahl von Gesetzen, Verordnungen und behördlichen Bestimmungen beachten.Da fast alle Kalksteinlagerstätten in Deutschland von Deckschichten überlagert sind, müssen diese erst abgeräumt werden, bevor der Kalkstein abgebaut werden kann. Die Halden werden direkt nach dem Anlegen begrünt und dienen als Lärm- und Sichtschutz. In aller Regel wird der feste Kalkstein durch Sprengungen gelockert und zertrümmert, Dabei bilden sich stufenförmige Abbausohlen. Um die Erschütterung in der Umgebung auf ein Minimum zu reduzieren, wird im Tausendstel-Sekunden-Abstand gezündet.


Verarbeitung des RohmaterialsDie Bruchsteine, das Haufwerk, werden mit schweren Baggern oder Radladern aufgenommen und durch Muldenkipper oder Förderbänder zum Kalkwerk transportiert. Hier erfolgt zunächst eine weitere mechanische Zerkleinerung in einer Brecheranlage. Das Rohmaterial wird häufig aufbereitet, in den meisten 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.Das gereinigte Korngemisch wird auf Siebanlagen nach unterschiedlichen Korngrößen sortiert, teilweise wird der Rohstein gemahlen. Kleinkörniges Material kann, eventuell nach Trockenschritt, schon direkt als Düngekalk in der Landwirtschaft verwendet werden. Ein Teil des Kalksteins wird ungebrannt verkauft und direkt als Schotter, Splitt, Sand oder Mehl verwandt.





Veredelung

Der Hauptteil der Kalksteine wird jedoch in großen Kalköfen gebrannt, es entsteht Branntkalk. Dieser wird in der Bauindustrie und im Umweltschutz (Rauchgasentschwefelung) gebraucht. Branntkalk wird durch Zugabe von Wasser zu Sumpfkalk (Löschkalk). Dieses Produkt wird ebenfalls in der Bauindustrie verwendet.

Spezielle Kalkwerke 

• Kalkwerk Lengefeld, Bergwerk in Sachsen.
• Kalkwerk Miltitz Besucherbergwerk in Sachsen.
• Kalkbergwerk am Königsberg Besucherbergwerk in Wolfstein, Rheinland-Pfalz
• Georg Behringer KG (Sengenthal bei Neumarkt in der Oberpfalz) Nicht mehr in Betrieb
• Kalksteinbruch Rüdersdorf bei Berlin
• Nordkalk (Lübeck)
• Fels (Baustoffhersteller) (Goslar)
• Rheinkalk Wülfrath

Weblinks 

• Website des Bundesverbandes der Deutschen Kalkindustrie

Gipswerk

Ein Gipswerk ist ein Industriebetrieb, in dem aus dem Ausgangsmineral Rohgips nach Brennen bei relativ niedriger Temperatur Gipse und Gipsprodukte hergestellt werden, die hauptsächlich im Innenausbau Verwendung finden. Gipswerke findet man nur in unmittelbarer Nähe zu einer Gipslagerstätte; diese kommen in Deutschland vor allem in den geologischen GruppenMuschelkalk, Keuper und Zechstein vor.Ein Gipswerk besteht aus der Gipsgrube, in der der Gipsstein im Tagebau oder untertage bewonnen wird, einem Transportmittel zur Brechanlage und zum Brennofen und dem Brennofen selbst mit Gipsmühle. Der fertige Gips wird heute meist im Gipswerk selbst weiterverarbeitet, zum Beispiel zu Baugipsen verschiedener Spezifikation oder zu Gipskartonplatten.


Historisches

Vorindustriell

Zur mehr als 10000-jährigen Geschichte des Gipses und seiner Verwendung hat der Bundesverband der Gipsindustrie einen fundierten Artikel im Netz [1]

Wo Gips verfügbar war, wurde Gipsmörtel im ausgehenden Mittelalter auch als Ersatz für Werkstein verwendet, so in Rottweil für Fensterleibungen an Bürgerhäusern [2]


19. und 20. Jahrhundert

Anfang des 20. Jahrhunderts gab es in den Gegenden mit anstehendem Gipsstein zahllose kleine Gipswerke, oft mehrere im selben Dorf. Durch die Erschöpfung der rentabel abbaubaren Vorkommen und die zunehmende Konzentration in der Branche wurden die meisten kleinen Gipswerke seit den 1960er Jahren eingestellt. Wenige große international operierende Betriebe dominieren heute den Markt.


Ein kleines Gipswerk

Als Beispiel für ein kleines Gipswerk mag das Gipswerk zwischen den Ammertalgemeinden Entringen und Breitenholz (bei Tübingen) dienen, das 1910 in Betrieb genommen und in den 70er Jahren eingestellt wurde. Die ehemalige Gipsgrube wird seitdem als Deponie genutzt und ist inzwischen weitgehend verfüllt.

Das Gipswerk baute den im Gipskeuper vorkommenden Rohgips ab. Der Abbau erfolgte teilweise untertage; transportiert wurde der Rohgips mit Hilfe einer Werksbahn (Feldbahnspurweite 600 mm) zum Brennofen. Der fertige Gips wurde über ein etwa 1,5 km langes Feldbahngleis zum Bahnhof Breitenholz gebracht, woher auch die zum Heizen benötigte Kohle kam.

Die Schemazeichnung zeigt den Gleisverlauf. Die beiden Gleise zur Anlieferung von Rohgips und Kohle führten über Rampen ins Obergeschoss des Gipswerks. Die beladenen Wagen wurden mit Hilfe von Seilwinden hochgezogen. Die Gipsgrube selbst bestand aus zwei Sohlen, zu denen je ein Gleis führte. Auf der unteren Sohle sind ehemalige Stollenmundlöcher des bergmännischen Abbaus erkennbar.


Großbetrieb

Die zunehmende Konzentration auf dem Baustoffsektor hat neben vielen Betriebsschließungen auch zum Ausbau einzelner Betriebe geführt. So wurde das Gipswerk von Kayh, nicht weit vom stillgelegten Entringer Gipswerk gelegen, zu einem Logistikzentrum von Knauf Gips.

Auf dem Bild des Gipswerks in Cumbria, England, wird deutlich, welche Bedeutung heute die Weiterverarbeitung des Gipses (viele Produktionshallen) und der Straßentransport (LKW auf dem Parkplatz im Vordergrund) haben.

Neben dem in Gipsgruben gewonnenen Rohgips wird in jüngster Zeit vermehrt Gips verarbeitet, der in der Rauchgasentschwefelung anfällt (REA-Gips).


Quellen 

1. www.gips.de/gips/frame.htm J. Stark, Aus der Geschichte des Gipses
2. www.baufachinformation.de/denkmalpflege.jsp R. Dendler, S. King, Fensterleibungen aus Stuck in Rottweil, aus Hoch- und spätmittelalterlicher Stuck, 2002

• Gipswerk Dorste im Südharz
• Gipsgrube Walferdingen
• Gipswerk bei Salzburg
• Betriebserkundung am Beispiel der Firma Moldan

Überzeugen Sie sich von unseren Produkten für Ihre Anwendungen in der Zement-, Kalk- und Gipsindustrie weltweit.

Wir empfehlen u.a. die folgenden DÜRHOLDT-Qualitätsprodukte für Ihre Branche:

Stoffschieber

Schlauch-Quetschventile

Schlauch-Membranventile

Kugelhähne

Absperrklappen

Manometer