Kalk-Brenn-Versuch

Chemie

Grundidee｜ Reaktionsgleichung｜ Erfolgsmaße｜ Masseverlust｜ Säurenachweis｜ Kalkquellen｜ Wärmequellen｜ Versuch aus Indonesien｜ Eigener Versuch｜ Fußnoten

Grundidee

Kalkstein besteht zu einem großem Teil aus dem Mineral Calciumcarbonat. Die chemische Summenformel ist CaCO₃. Erhitzt man dieses Mineral auf etwa 900 °C wird Kohlendioxid CO₂ ausgetrieben. Zurück bleibt der gebrannte Kalk CaO. Diesen Vorgang nennt man auch Kalzination oder Kalzinierung. Gesucht ist eine Methode, Kalk mit einfachen Haushaltsmitteln oder Material aus dem Baumarkt selbst zu brennen.

Reaktionsgleichung

Mit Hilfe der Reaktionsgleichung kann man abschätzen, wie schwer das erwünschte Endprodukt, das Calciumoxid im Vergleich zum Ausgangsprodukt, dem Calciumcarbonat ist.

Gleichung

CaCO₃ + Wärme ⟶ CO₂ + CaO

Legende

CaCO₃ 👉 Calciumcarbonat

CO₂ 👉 Kohlendioxid

CaO 👉 Calciumhydroxid

Wärme Q: etwa 180 kJ/mol⁻¹

Molare Massen

CaCO₃: 100,087 g/mol^[1]

CO₂: 44,0095 g/mol^[1]

CaO: 56,077 g/mol^[1]

Wenn der ursprüngliche Kalkstein nur noch etwa 56/100 oder 56 % seines ursprünglichen Gewichts hat, dann ist die Kalzinierung vollständig erfolgt.

Erfolgsmaße

Masseverlust

Wiegt man einen Kalkstein vor und nach dem Brennen, gibt die Differenz der Massen einen Anhalt, wie weit die Kalzination fortgeschritten ist, also wie erfolgreich das Brennen war.^[3]

Dieses Bild ist für das Verständnis des Textes nicht wichtig. Das Bild wird im Text nicht erwähnt.

Schneeweiß gebrannter Kalk aus dem Kalkwerk Hönnetal südlich von Köln. Der eingesetzte Kalkstein stammt aus einem direkt angrenzenden Kalksteinbruch.

Säurenachweis

Calciumcarbonat oder CaCO₃ ist der Hauptbestandteil von ungebranntem Kalkstein. Dieses Mineral, auch Calcit genannt, reagiert mit einer starken Schaumentwicklung, wenn man einen Tropfen Salzsäure (HCl) darauf träufelt. Das ist der klassische Nachweis von Kalk unter Geologen. Der gebrannte Kalk hingegen, das Calciumoxid CaO reagiert mit der Salzsäure nicht. Wie stark also die Schaumentwicklung im Vergleich zum ungebrannten Rohstoff ist, kann als Indiz dafür genutzt werden, wie weit der Kalk schon kalziniert (gebrannt) wurde. Siehe auch 👉 Kalknachweis (Salzsäure)

Kalkquellen

👉 Muschelschale[n]

👉 Hühnerei [Schale]

👉 Kalkstein

👉 Mergel [aus Limburg]

Wärmequellen

Für das Brennen des Kalks benötigt man eine Wärmequelle die mindestens 900 °C oder besser um die 1000 °C erreicht. Eine erste Sammlung von Ideen brachte die folgenden Möglichkeiten.

Bis 1700 °C 👉 Labor-Gasbrenner

Bis 1000 °C 👉 Kerzenflamme

Bis 850 °C: Brennofen für Emaille

Bis 800 °C: Glut von Holzkohle (mehr mit Blasebalg?)

Bis 1000 °C: Brennofen für Kermaik

Brennglas

Riesige Kalköfen des Kalkwerks Hönnetal. Zum Brennen von Kalk zu Branntkalk sind große Mengen an Energie nötig.

Versuch aus Indonesien

Indonesische Wissenschaftler haben im Jahr 2022 verschiedene Kalksteine aus Sumatra in einem Labor gebrannt. Sie untersuchten dabei unter anderem wie viel Temperatur für welchen Brennerfolg nötig ist.

ZITAT:

"The limestonewascrushed in the range size of 3–5 cm and calcined at three different temperatures (800, 900,and 1000°C) for 5 h to produce quicklime."^[2]

Als Maß für den Brennerfolg diente das Verhältnis der Massen nach und vor dem Brennen:

ZITAT:

"LOI was measured based on the procedures described in APHA standard methods. Briefly, the weight of limestone (before calcination) and quicklime (after calcination) was recorded. And the dry weight ratio of quicklime and limestone was recorded as LOI."^[3]

Es zeigte sich, dass eine Kalzination zwar schon bei etwa 800 °C einsetzt, aber für einen Erfolg von mehr als 90 % eher 1000 °C nötig sind:

ZITAT:

"R. Desmiarti et al.: The Effect of Calcination Temperature on The Quality of Quicklime from Different Limestone Mines in West Sumatera, Indonesia. J. appl. agricultural sci. technol. 28. Februar 2022. 6(1):41-8."^[4]

Der Artikel ist online einsehbar und für eine eigene Benutzung frei lizensiert. Der Artikel enthält auch die Stöchiometrische Berechnung.

Eigener Versuch

26. Januar 2026

Kalkstein

Masse ungebrannt: 22,4 g

Maximale Länge: ≈ 55 mm

Maximale Breite: ≈ 31 mm

Maximale Höhe: ≈ 11 mm

Volumen: ≈ 8 cm² (Wasserverdrängung in Messzylinder)

Dichte, rechnerisch: 2,8 g/cm³, eine gerade noch realistische 👉 Kalksteindichte

Fundort: Spazierweg westlich von Vaals (NL), als Schotter also 👉 allochthon

Positives Ergebnis für 👉 Kalknachweis (Salzsäure)

Probebrand

Mit Oona Riihijärvi

Mit einem Campinggaskocher und einer Kartusche mit 70 % Butan und 30 % Propan brannten wir den kleinen Kalkstein über insgesamt 25 Minuten im blauen Bereich der Flamme.

Blaue Flamme etwa 1500 °C 👉 Flammenfarbe

Gehalten wurde der Stein mit einer Tiegelzange. Hielt man den Stein in den gelben Flammenbereich bildeten sich schwarze Rußflecken auf ihm. Diese verschwanden nach längeren Aufenthalt im blauen Flammenbereich aber wieder. Die Spitzen der Zange waren nach einigen Minuten hellrot glühend. Auch der Stein glühte an den Rändern nach einiger Zeit dunkelrot.

Dunkle Rotglut vielleicht 700 °C 👉 Glutfarbe

Nach 15 Minuten kühlten wir den Stein in einem Spülbecken mit kaltem Leitungswasser ab. Es zischte hörbar. Stellten wir den Wasserstrahl ab, verdampfte das Wasser auf dem Stein sehr schnell. Tropfen auf dem Boden des Spülbeckens kochten bei Berührung mit dem Stein sofort hörbar auf. Eine Wägung ergab, dass der Stein noch immer 22,4 bis vielleicht sogar 22,5 g wog (springender Anzeigewert).

Nach 25 Minuten war das Ergebnis wie nach 15 Minuten: noch immer wog der Stein wie am Anfang 22,4 bis vielleicht sogar 22,5 g. Der Säuretest mit HCl (Salzsäure) auf dem gekühlten Stein war noch positiv. Die Säure zeigte auf Indikatorpapier einen ph-Wert von 1 bis 2 an. Optisch hatten wir den Eindruck einer leichten Aufhellung auf der Oberfläche des Steins.

Als ich den heute so behandelten Stein dann versehentlich aus etwa 1,70 Metern Höhe auf den Boden fallen ließ, brach er auf etwa drei Fünftel der Länge auseinander. Möglicherweise hat die Hitzebehandlung mit der Schockabkühlung mit Wasser den Stein brüchiger gemacht.

Zwischenfazit

Die Forscher aus Indonesien hatten bei 800 °C und einer Brennzeit von 5 Stunden einen Grad der Kalzination von etwa 56 % festgestellt.^[4] Die Rotglut des Steins deutet an, dass wir für den Stein noch unterhalb von 800 °C. Und auch mit der Glühzeit liegen wir noch weit unter der Dauer der Versuche aus Indonesien. In nächsten Versuchsschritt soll der Stein mindestens eine Stunde lang bei gleicher Position im blauen Bereich der Flamme gehalten werden.

Fußnoten

[1] NIST Standard Reference Data. U.S. Secretary of Commerce. Abgerufen am 19. Januar 2026.

[2] R. Desmiarti et al.: The Effect of Calcination Temperature on The Quality of Quicklime from Different Limestone Mines in West Sumatera, Indonesia. J. appl. agricultural sci. technol. 28. Februar 2022. 6(1):41-8. Online: https://www.jaast.org/index.php/jaast/article/view/44

[3] Als Brennefolg wurde das Verhältnis der Masse nach zu der Masse vor dem Brennen verwendet: "LOI was measured based on the procedures described in APHA standard methods. Briefly, the weight of limestone (before calcination) and quicklime (after calcination) was recorded. And the dry weight ratio of quicklime and limestone was recorded as LOI." In: R. Desmiarti et al.: The Effect of Calcination Temperature on The Quality of Quicklime from Different Limestone Mines in West Sumatera, Indonesia. J. appl. agricultural sci. technol. 28. Februar 2022. 6(1):41-8.

[4] "The level of CaO from L1 [L1 war eine von mehreren Proben] increased from 55.9% to 59.6, 83.1 and 93.1% after calcination under temperatures of 800, 900,and 1000°C, respectively. A similar trend of the increasing of CaO level from different limestones suggested that the increasing temperature to 1000°Care the optimum temperature for calcination." In: R. Desmiarti et al.: The Effect of Calcination Temperature on The Quality of Quicklime from Different Limestone Mines in West Sumatera, Indonesia. J. appl. agricultural sci. technol. 28. Februar 2022. 6(1):41-8.