Grundlagen des Kalkabbaus und der Kalkverarbeitung

 

Geologische Grundlagen

Ohne an dieser Stelle allzu tief in die geologischen und mineralogischen Aspekte der Kalkgesteine einzugehen, sollen nachfolgend die wesentlichen Unterscheidungskriterien kurz erläutert werden. Zunächst ist darauf hinzuweisen, dass unter den Begriffen „Kalkstein“ und „Kalk“ eine Reihe sehr unterschiedlicher Gesteinsarten verstanden werden kann. Aus diesem Grund existierte bis ins späte 19. Jahrhundert hinein auch keine auf einheitlichen Begriffen beruhende Klassifikation, weshalb historische Quellen oft missverständlich sein können.

Zunächst kann ganz grundsätzlich zwischen Kalkstein und Mergel (auch als „Kalkerde“ bezeichnet) unterschieden werden. Während Kalkstein Festgesteine umschreibt, sind mit Mergel kalkhaltige Erden und wenig verfestigte Kalksedimente gemeint. Diese Gruppe ist jedoch in Sachsen weniger bedeutsam gewesen und soll nicht weiter vorgestellt werden.

Kalksteine an sich gehen stets auf Sedimentationsprozesse zurück, wobei chemische Prozesse (Ausfällung in kalkhaltigem Wasser) ebenso ursächlich gewesen sein konnten, wie biologische Prozesse (Sedimentation durch abgestorbene Mikroorganismen und Korallen) oder klastische Prozesse (Ablagerungen verwitterter Kalkgesteine). Diese ursprünglichen Kalkgesteine gelten in chemischer Hinsicht als Calciumkarbonat (CaCO3).

Je nach der konkreten Bildung der ursprünglichen Sedimente kann das Auftreten von Fossilien im Kalkstein stark schwanken. Ebenso kann die konkrete chemische Zusammensetzung sehr verschieden sein und der Anteil des Calciums (Ca) höher oder niedriger liegen (Reinheit der Kalksteine). Bei einem stärkeren Hinzutreten von Magnesium (Mg) spricht man von Dolomit, wobei die Übergänge zu reinem Kalkstein fließend sind. Oft ist in ein und derselben Lagerstätte sogar ein starker Wechsel verschiedener Ausprägungen zu beobachten. Zudem sind die meisten Kalkgesteine Sachsens durch mehr oder weniger starke nachträgliche Gebirgsbildungsprozesse beeinträchtigt worden. Dabei kam es zu Deformationen und Schieferungen sowie zu Regional- und Kontaktmetamorphosen, wodurch die mineralogische Ausgangsstruktur verändert worden sein kann.

Deutlich wird dies beim sogenannten Marmor. Hierbei handelt es sich um Kalkstein (bzw. Karbonatgestein), der durch großen Druck oder Hitze metamorph umgewandelt wurde. Da bei diesen Prozessen oft auch interessante Farbeffekte herausgebildet wurden (Glanz, Farbreinheit oder Farbverläufe), wurden Marmore oft als dekorative Bausteine verwendet. Es ist jedoch zu beachten, dass der Begriff Marmor im allgemeinen Sprachgebrauch vielfach ungenau für alle Arten dekorativer Gesteine verwendet wird, ohne dass tatsächlich ein Kalkgestein vorliegt.

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rechtliche Grundlagen der Gewinnung

Kalk unterlag in Sachsen nicht dem Bergregal und damit der Verfügungsgewalt durch die Landesherren. Der Kalkabbau fiel vielmehr in die Verfügungsgewalt des jeweiligen Grundstückseigentümers. Der Abbau erfolgte demnach nach den finanziellen Möglichkeiten des Grundherren und weitgehend außerhalb der Regularien der sächsischen Bergaufsichtsbehörden (Bergämter) im Hinblick z.B. auf Arbeitssicherheit und den Einsatz von Technik. Die fehlenden behördlichen Rahmenbedingungen förderten einerseits die Rückständigkeit der Abbaumethoden, denn der Abbau war weniger vom Streben nach einer nachhaltigen und kontinuierlichen Förderung, sondern vielmehr vom Erzielen eines hohen Profits bei möglichst geringem Mitteleinsatz geprägt. Andererseits verhinderte die fehlende behördliche Kontrolle die Verschriftlichung des Kalkbergbaus - damit stellt sich die Quellenlage für heutige Forschungen teilweise als äußerst dürftig dar. Für viele kleine und nur saisonal von Bauern betriebene Kalkbrüche fehlen Aufzeichnungen völlig. Eine gewisse Ausnahme stellten hier nur die "fiskalischen", d.h. vom sächsischen Staat selbst betriebenen größeren Kalkwerke dar.

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Abbautechniken

Entsprechend der geologischen Gegebenheiten kann Kalkgestein durch verschiedene Abbaumethoden gewonnen werden. Die denkbar einfachste Fördermethode – das bloße Aufsammeln von Kalksteinen aus Flussgeröllen, wie es beispielsweise im Voralpenraum oder dem Baltikum üblich war – kam in Sachsen jedoch nicht vor.

Hier erfolgte die Gewinnung von Kalkstein zunächst hauptsächlich im Tagebaubetrieb (Steinbruchbetrieb). Die größte Herausforderung bestand dabei in der Beräumung der oftmals sehr beträchtlichen Deckschichten, die über dem Kalkstein lagerten und als Abraum anfielen. Bei zahlreichen Lagerstätten mussten teilweise mehr als 10 Meter mächtige Deckgebirgsschichten entfernt werden, um brauchbares Kalkgestein fördern zu können. Gerade dort, wo Lagerstätten auf Ländereien von Bauern lagen, wurde aus diesem Grund vor dem 19. Jahrhundert der als zu aufwendig erachtete Abbau unterlassen.

Blick in den teils abgesoffenen ehemals fiskalischen Kalk- und Marmorbruch (Bruch I) in Hammerunterwiesenthal (Schmiedels-Lager)

Vielfach begann der Abbau im Steinbruchbetrieb und ging aufgrund der zunehmenden Mächtigkeit der Deckschichten (Abraum) zum untertägigen Kammer-Abbau über. Ein Beispiel hierfür stellen die Kalksteinbrüche im Striegistal bei Berbersdorf dar.

Ein weiteres Hemmnis stellte die Wasserhaltung der meist kesselartig erschlossenen Brüche dar. Die Kalkgesteine lagerten aufgrund ihres Entstehungsalters oftmals bis weit unter den grundwasserführenden Schichten. Um ein "volllaufen" der Steinbrüche zu verhindern, musste das Grundwasser unter der tiefsten Abbaustufe abgeleitet werden. Dafür war die Einrichtung von bergmännisch angelegten Entwässerungsstollen nötig, deren Auffahrung und Unterhalt jedoch nur durch kapitalkräftige Kalkwerke (insbesondere die fiskalischen Betriebe, d.h. die im Eigentum Sachsens stehende Betriebe) realisiert werden konnte.

Blick auf das Mundloch des Entwässerungsstollens des ehemaligen "Göpelbruches" in Maxen

Aus den genannten Gründen war vielerorts in Sachsen zu beobachten, das die kleineren, ehemals bäuerlichen Kalkgruben, Spuren eines „Raubbaus“ zeigten. Hier sollte in schnellster Zeit mit geringstem Aufwand ein hoher Gewinn erzielt werden. Eine langfristig sinnvolle Planung zur effektiven Ausbeute der Lagerstätte erfolgte kaum. Folgen dieser Entwicklung waren abenteuerlich unterhöhlte Steinbruchwände, die Verschüttung von abbauwürdigen Gesteinspartien mit Abraum und eine generell planlose Anlage von Steinbrüchen, ohne zweckdienliche Zugänge und Förderstrossen.

Aufgrund einer fehlenden bergpolizeilichen Überwachung von Kalkgruben, wurde auch im Untertagebau vielfach ein Raubbau vollzogen. Der bei der Kalkgewinnung übliche Kammer-, Weitungs- und Pfeilerbau zeigte daher oft ungenügende Sicherheitsvorkehrungen. Dies betraf die meist sehr dünn bemessene Tragpfeiler, die zudem eher zufällig stehen gelassen worden sind. Bei Gruben mit mehreren Abbauebenen waren die Zwischendecken bisweilen abenteuerlich dünn, so dass ein Zusammenbrechen der Abbaubereiche eine nicht seltene Erscheinung war. Vielerort zeugen noch Pingen von derartigen Einbrüchen, besonders eindrucksvoll u.a. im Schweddeytal oder im Abbaugebiet um Blankenstein (Triebischtal). Auch die Einrichtung und der Ausbau der untertägigen Schächte, Stollen und Strecken war oft spartanisch und genügte selten den Sicherheitsstandards.

Eine der bekanntesten unertägigen Kalkgewinnungsstätte in Sachsen sind die sogenannten "Felsendome Rabenstein" bei Chemnitz. Der hier auftretende marmorierte Kalkstein wurde seit mind. 1375 gewonnen. Der Untertageabbau erfolgte dabei zwischen 1831 und 1908 auf vier Abbausohlen.

Die eigentlichen Gewinnungsmethoden von Kalkstein waren abhängig von der Art des Gesteins. Während Kalkmergel und Plattendolomit mit Werkzeugen „abgekeilt“ werden konnte, musste bei härteren Varietäten, wie feinkörnigem Kalkstein und Marmor, auf Techniken wie Feuersetzen zurückgegriffen werden. Auch kamen hier Sprengmittel zum Einsatz, wobei das Anlegen von Bohrlöchern nötig war. Verhältnismäßig lange blieb die Kalksteingewinnung aufgrund der Kapitalarmut jedoch eine Handarbeit und erst ab Mitte des 19. Jahrhunderts zog in den größeren Betriebsstätten Sachsens moderne Technik ein (Dampfmaschinen, Feldbahnen, Haspelberge etc.). Vielerorts blieb die Gewinnung bis ins frühe 20. Jahrhundert jedoch hauptsächlich körperlich schwere Handarbeit.

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Verarbeitung und Verwendung

Generell kann die Verarbeitung des Kalksteins in zwei Bereiche geteilt werden.

Im ersten Fall wird das geförderte Rohgestein lediglich mechanisch aufbereitet. Dies betrifft die Herstellung von Bausteinen, Terrazzokörnungen und Kalkstein- bzw. Dolomitschotter für die die Verwendung im Hüttenwesen. Im Gegensatz dazu wird für einen größeren Teil der Anwendungsgebiete ein Brennen des Gesteins nötig. Dieses Kalkbrennen ist im grundlegenden Verständnis die Produktion von „Kalk“ aus dem in der Natur vorhandenen Ausgangsmaterial „Kalkstein“.

In chemischer Sichtweise erfolgt bei diesem Prozess die Umwandlung von Calciumcarbonat (CaCO3) unter Hitzeeinwirkung in Calciumoxid (CaO), wobei Kohlenstoffdioxid (CO2) freigesetzt wird. Nach dem Brennen liegt das Calciumcarbonat zunächst als hochporöses Material vor, das durch Zerschlagen bzw. Mahlen, oder Ablöschen (Befeuchten mit Wasser) in ein Pulver verwandelt werden kann. Diese Verfahrensschritte sind für die Erzeugung von Baukalk (für Mörtel- und Putzarbeiten) ebenso wichtig, wie für die Verwendung in der Landwirtschaft (Düngekalk). Im Hüttenwesen kam gebrannter Kalk (ebenso wie ungebrannter Kalkstein) als Flussmittel zum Einsatz. Weiterhin erfordern unzählige weitere Branchen und Produktionsprozesse Branntkalk. Die Anwendungsmöglichkeiten sind dabei so vielfältig, dass eine vollständige Auflistung an dieser Stelle nicht möglich ist. Hingewiesen werden soll lediglich auf die chemische Industrie, die Zuckerfabrikation sowie solche, auf den ersten Blick in Verbindung mit Kalk ungewöhnlichen Produkte wie Zahncreme und Farbstoffe. Kalk ist tatsächlich – und das bis heute – einer der wichtigsten und unentbehrlichsten Grundstoffe der Industrie.

Exkurs zur Technologiegeschichte des Kalkbrennens

Zum Brennen der Kalkgesteine kamen im Laufe der Geschichte unterschiedliche Methoden zum Einsatz und sowohl Wissenschaft als auch Praxis waren sich selten über die günstigste Technologie einig. So existierten bis in das 17. Jahrhundert Ofentypen, die in vielfältigen Gestaltungsformen immer wieder dem bereits in der Antike genutzten Typ entsprachen: über einem Feuerherd wurden Kalksteine in einer Brennkammer aufgestapelt. Das Brennen gliederte sich in die Arbeitsschritte (a) Einsetzen der Steine, (b) Brennen und (c) Ausräumen. Weil jeder Brand in einem Ofen mit dem Einsetzen begann erscheint die Bezeichnung (1) „Setzöfen“ zur Kategorisierung dieser Öfen durchaus sinnvoll.

Diese Handzeichnung des bekannten sächsischen Bergbautechnikers Christian Friedrich Brendel (1776-1861) aus dem Jahr 1818 zeigt eine mögliche Bauform eines "Setzofens". Es handelte sich um einen einfachen Ofen kleinerer Abmessungen, wie er häufig an sächsischen Kalkbrüchen auftrat. Die rechte Zeichnung zeigt den mit Kalksteinen befüllten Ofen, in welchem auf der Sohle ein Feuer aus Holzscheiten brennt. (Quelle: Bergarchiv Freiberg)

Um das kostengünstigere Brennmaterial Steinkohle (später auch Braunkohle) nutzen zu können und um auch die schwierige und zeitaufwändige Ein- und Ausräumarbeit zu umgehen kam es zur Einführung von (2) „Schachtöfen mit Innenfeuerung“. Hier konnte Kalksteinschutt und Kohle in gemischter Form von oben in einen (zunächst meist trichterförmigen) Schacht geschüttet werden. Der entzündete Ofen konnte dann ununterbrochen brennen, da der gebrannte Kalkstein stetig unten aus dem Ofen abgezogen und oben nachgefüllt werden konnte. Öfen dieses Prinzips sind unter vielfältigen Bezeichnungen bekannt, u.a. (Kalk-)Schneller, Kesselofen, Trichterofen, Schachtofen, Innenbrenner u.s.w..Trotz der schnellen und preisgünstigen Produktion barg diese Technologie den Nachteil, dass der gebrannte Kalk mit Asche verunreinigt war und daher als minderwertig galt.

Ab dem 19. Jahrhundert kam es daher – auf besondere Initiative der schillernden Persönlichkeit Benjamin Thompson Graf Rumford zur Entwicklung der (3) „Schachtöfen mit Außenfeuerung“. Ein Ofen dieses Konstruktionsprinzip wurde erstmals 1802 in den bedeutenden Rüdersdorfer Kalkbrüchen bei Berlin in Betrieb genommen und wird daher häufig sowohl als „Rumford-Ofen“ bzw. „Rüdersdorfer Ofen“ bezeichnet. Im Gegensatz zu den Schachtöfen mit Innenfeuerung und den Setzöfen erfolgte bei diesem Ofentyp die Trennung des Feuerungsraumes vom Kalkbrennraum. Die heiße Luft des Feuerungsraumes gelangte über Kanäle in den Brennraum. Der Vorteil der "Rumford-Öfen" bestand somit in einer Trennung des Kalks vom Brennmaterial (Stein- bzw. Braunkohle, teilweise auch Torf). Kalk konnte so erstmals ohne Ascherverunreinigungen in hoher Qualität und in großen Mengen hergestellt werden. 

Diese Schnittzeichnung verdeutlicht den Aufbau des Schachtofens mit Innenfeuerung. Es handelt sich im Speziellen um den bekanntesten Ofen dieses Typs, den "Rumford-Ofen" bzw. "Rüdersdorfer Ofen". Der zentral gelegene Brennschacht dieses Ofentyps wurde bis oben hin mit Kalksteinen gefüllt. Die drei links und rechts angeordneten Feuerkammern erzeugten eine Temperatur von bis zu 1.200 °C. Die Tagesproduktion eines solchen etwa 8 bis 13 Meter hohen Ofens betrug etwa 10 bis 15 Tonnen Branntkalk. Üblicherweise erfolgte das Kalkbrennen nur vom Frühjahr bis zum Herbst. Die Wintermonate wurden dann zur Instandsetzung des Ofens genutzt. (Quelle: zeitgenössische Zeichnung von 1862)

Einer der besterhaltenen "Rumford-Öfen" in Sachsen befindet sich am ehemaligen Roten Bruch in Maxen. Der 1856 errichtete Ofen wurde aufwendig saniert und beinhaltet im Inneren heute eine Ausstellung zur Geschichte des Maxener Kalkbergbaus. Die Bechickungsrampe ist oben links zu erkennen.

Obwohl nunmehr neue Ofentypen zur Verfügung standen, welche den Produktionsprozess des Kalkbrennens verbesserten, blieben auch die alten „Setzöfen“ in bestimmten Bereichen weiter in Nutzung. Dies war beispielsweise im Ziegeleiwesen der Fall, oder dort, wo Kalksteine gebrannt werden mussten die bereits im Rohzustand eher fragil waren. Aus diesem Grund kam es auch beim „Setzofenprinzip“ zu Weiterentwicklungen, die über den „Mehrkammerofen“ schließlich ab Mitte des 19. Jahrhunderts in den Typus der (4) „Ringöfen“ mündeten. Zur Erhöhung der Produktionskapazität verband man hier eine größere Zahl von Brennkammern in ovaler oder kreisrunder Form, so dass ein kontinuierlicher Produktionsprozess möglich wurde.

Zeichnung der Außenansicht und ein Querschnitt des Ringofens des Kalkwerks Haußwald in Nentmannsdorf bei Pirna. Meist verfügten Ringöfen über einen durchgängigen Brennkanal, der durch lehmbeschichtete Papierwände in einzelne Kammern getrennt wurde. Diese inneren Trennwände mussten bei jedem Brennvorgang erneuert werden und fehlen heute meist. (Quelle: Sächsisches Hauptstaatsarchiv Dresden)

Die vier genannten Ofentypen bildeten den Brennofenbestand des sächsischen Kalkgewerbes bis in die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts. Die konkrete Nutzung eines bestimmten Typs hing dabei jedoch von vielen Faktoren wie der Kapitalkraft des Unternehmens, dem verwendeten Brennmaterial, der Kalksteinart, dem Verwendungszweck, der Produktionskapazität etc. ab. Neben der gewerblichen Kalkproduktion vollzog sich ab etwa 1790 bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts das Kalkbrennen auch in großem Maße in bäuerlicher Eigenproduktion, um den Düngekalkbedarf selbst zu decken. Zu diesem Zweck kam es zur Errichtung kleiner Schachtöfen mit Innenfeuerung („Kalkschneller“), die in einigen Regionen (u.a. dem Osterzgebirge) in sehr großer Zahl an Feldränder zu finden waren.

Abschließend bleibt anzumerken, dass die Ofenformen ungemein vielfältig waren und an dieser Stelle nicht auf Details und Sonderformen wie z.B. den Gasgeneratoröfen oder Drehrohröfen eingegangen werden kann. Beim Auffinden von Relikten historischer Kalkbrennöfen ist eine genaue Zuordnung auch nicht immer leicht, v.a. wenn der Verfall bereits stark fortgeschritten ist. Eine genauere Analyse des Ofentyps lässt jedoch immer interessante Rückschlüsse auf eine ganze Reihe betriebswirtschaftlicher Aspekte der historischen Kalkwerke zu.

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