+ All Categories
Home > Documents > Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich,...

Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich,...

Date post: 23-Oct-2019
Category:
Upload: others
View: 4 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
35
Mineralische Werkstoffe II: Zement-Beton, Ziegel; mineralische Pigmente Mineralische Rohstoffe für Zement-Beton (und Ziegel): Zusammenstellung: Michael Götzinger Begriffe: Zement ist ein anorganischer (nichtmetallischer) fein gemah- lener Stoff, der nach dem Anrühren mit Wasser infolge chemischer Reaktionen mit Wasser selbständig erstarrt und erhärtet; er bleibt nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig. Chemisch ist Zement hauptsächlich ein Gemisch aus Ca- und Al-Silikaten (mit Anteilen von Eisen); es ist ein kompliziertes, sehr feinkörniges Stoffgemisch, welches auch Anteile an Sulfaten enthält. Beton besteht aus einem Gemenge von Zement, Gestein (Kies, Schotter etc.) und Wasser; der Zement ist das Bindemittel. Betonsorten: http://de.wikipedia.org/wiki/Beton
Transcript
Page 1: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Mineralische Werkstoffe II: Zement-Beton, Ziegel; mineralische

Pigmente

Mineralische Rohstoffe für Zement-Beton (und Ziegel): Zusammenstellung: Michael Götzinger

Begriffe:Zement ist ein anorganischer (nichtmetallischer) fein gemah-

lener

Stoff, der nach dem Anrühren mit Wasser infolge chemischer Reaktionen mit Wasser selbständig erstarrt und erhärtet; er bleibt nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig.Chemisch ist Zement hauptsächlich ein Gemisch aus Ca- und Al-Silikaten (mit Anteilen von Eisen); es ist ein kompliziertes, sehr feinkörniges Stoffgemisch, welches auch Anteile an Sulfaten enthält.Beton besteht aus einem Gemenge von Zement, Gestein (Kies, Schotter etc.) und Wasser; der Zement ist das Bindemittel. Betonsorten: http://de.wikipedia.org/wiki/Beton

Page 2: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Ziegel bzw. Ziegelstein steht für:Backstein, ein aus tonhaltigem Lehm gebrannter künst-

licher

Mauerstein, bzw. Lehmziegel ist ein ungebrannter künstlicher Mauerstein

aus Lehm.

Zement – Ursprung:Die heutige Bezeichnung „Zement“

geht auf die Römer zurück:

betonartiges Mauerwerk aus Bruchsteinen mit gebranntem Kalk als Bindemittel: OPVS CAEMENTITIVM; Einsatz bereits 118 bis 125 n.

Chr. beim Bau des Pantheon in Rom.

Später wurden mit cementum, cimentum, cäment

und cement

Zusatz- stoffe

wie vulkanische Asche und Ziegelmehl bezeichnet (u. a.

Puzzolan, Trass), die man dem gebrannten Kalk zusetzte, um ein hydraulisches Bindemittel (Hydraulikkalk, Wasserkalk) zu erhalten.

Die Bedeutung des Tongehalts für die hydraulischen Eigenschaften des Zements (Romanzement) wurde von dem Engländer John Smeaton

(1724–1792) entdeckt. Seit damals steht „Zement“

nicht

mehr für den Zuschlagstoff, sondern für das Bindemittel.

Page 3: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

OPVS CAEMENTITIVMOpus caementitium: lateinische Bezeichnung für eine dem Beton

ähnliche Substanz, mit der die Römer bereits vor etwa 2000 Jahren Fundamente von Bauwerken befestigten. Insbesondere Wasser-

leitungen

und Hafenmolen wurden mit dem OPVS CAEMENTITIVM ausgekleidet (Widerstandsfähigkeit gegen Wasser).

Große Teile des Kolosseums in Rom bestehen daraus, aber auch die römischen Kuppelbauten mit riesigen Spannweiten (z. B. Pantheon in Rom: Kuppel mit 43 Metern Durchmesser). Es handelt sich also um einen Vorläufer unseres heutigen Betons.

Opus caementitium wurde aus Steinen, Sand und gebranntem Kalkstein gemischt, wobei als Zuschlag Puzzolane(vulkanische Asche) beigesetzt wurden. Dadurch erhielt das o. caementitium

jene hydraulischen

Eigenschaften, durch die dieses Gemisch nach der Zugabe von Wasser zu druckfestem Stein aushärtete -

ähnlich wie unser heutiger Beton.

Opus caementitium

härtet daher auch unter Wasser aus. Röm. Eifelwasserleitung

Page 4: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Portland-ZementPortlandzementHauptbestandteile sind Kalzium, Aluminium und Silizium; Herstellung

durch Sinterung der Ausgangsstoffe (d. h. hohe Brenntemperatur) und anschließendes Feinmahlen.

Der Franzose Louis-Joseph Vicat (1786 -

1861) legte mit der Wieder- entdeckung

des "römischen Zements" und der Erfindung des

künstlichen hydraulischen Kalks die Grundlagen für die Entwicklung von Zement und Kalkmörtel.

Als eigentlicher Erfinder des Portlandzements gilt der Engländer Joseph Aspdin (1778–1855). 1824 erhielt er das Patent „An Improvement

in the

Mode of Producing

an Artificial

Stone“; in der

Patentschrift benutzte er den Ausdruck ‚Portland cement‘. Die Bezeichnung lehnte sich an den Portland-Stein an, einen mergeli-

gen

Kalkstein, der auf der Halbinsel Portland an der englischen Kanalküste als Werkstein abgebaut wurde und den aus Portlandzement gefertigten Kunstpro-dukten

farblich ähnlich war.

Portland, Dorset, GB

Page 5: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

ZementmergelAls natürliche Rohstoffe dien(t)en

Zementmergel:

„Zementmergelserie“

der Flysch-zone: Oberkreide/Campanium(77 ±5 Mio. J.);

Kalkmergel

und Ton, O-Kreide, Flysch, Oberammergau, BRDhttp://www.isar-kiesel.de/sedimentgesteine.html

Zementmergel

der

HäringerSchichten

(Oligozän) von Kirchbichl

(Tirol);

“Zementstein-Schichten”

und Aptychenkalk

des Oberjura/Tithonium

(150 ±

5 Mio. J.),

Aptychenschichten

bis

Unterkreide

(bis

125 Mio. J.) und Schrambachschichten

(“Neokom”, tiefe

U-Kreide) Gartenau

bei

Salzburg;Kreidemergel

bei

Wietersdorf, Kärnten

Page 6: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Zementwerke in Österreich 1Zementwerk Leube,Gartenau, Sbg. →

Wietersdorfer

(Ktn.)und Peggauer

(Stmk.)

Zementwerke GmbH

Page 7: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Die Rohstoffe Kalk und Ton 1Kalk, Calcit, CaCO3 - Verwendung als Industriemineral: Reinste Kalke (≥

99% CaCO3

), hochreine Kalke (99-98% CaCO3

) und reine Kalke (98-95% CaCO3

) für die Roheisenerzeugung, Glasindustrie, Soda-

und Zuckerherstellung; weitere

Verwendung für Filter, Pigmente in der Papierindustrie, Füllstoffe und in der Landwirtschaft; Ca(OH)2

ist die billigste Lauge.

Verarbeitung zu Mörtel und Zementklinker: Kalkbrennen: CaCO3

-

(900°C) → CaO

+ CO2

(bei 1 atm.; Branntkalk)

CaO

+ H2

O (+Sand) → Ca(OH)2

(= Kalkmilch, + Sand = Mörtel)

Ca(OH)2

+ CO2

→ CaCO3

+ H2

O

Page 8: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Die Rohstoffe Kalk und Ton 2Rohstoffe für Zementklinker – die Reihe Kalk – Ton:

CaCO3

-Gehalte in Masse%Reinster Kalk über 99 Hochreiner Kalk ≥

98 –

99

Reiner Kalk ≥

95 –

98 Kalkstein ≥

90 –

95

Mergeliger Kalkstein ≥

85 –

90 Mergelkalk ≥

75 –

85

Kalkmergel ≥

65 –

75Mergel ≥

35 –

65

Tonmergel ≥

25 –

35

TongrubeMergelton

15 –

25 Stoob, Bgld.

Mergeliger Ton ≥

5 –

15Hochprozentiger Ton unter 5

Page 9: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Zementwerke in Österreich 2VÖZ – Werke http://www.zement.at/werkeliste.asp

Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie

Holcim

(Vorarlberg, Lorüns) GmbH und Holcim

(Wien; Rodaun

-

Kaltenleutgeben) GmbH

Kirchdorfer

Zementwerk Hofmann GesmbH

(OÖ.) Lafarge Perlmooser

GmbH (Mannersdorf, NÖ.)

Lafarge Perlmooser

GmbH (Werk Retznei, Stmk.) Schretter

& Cie

GmbH & Co KG (Kirchbichl, Tirol)

Schretter

& Cie

GmbH & Co KG (Vils, V.) SPZ Zementwerk Eiberg

GmbH & Co. KG (bei Kufstein, T.)

Wietersdorfer

& Peggauer

Zementwerke GmbH (Peggau, Stmk.) Wietersdorfer

& Peggauer

Zementwerke GmbH (Wietersdorf, Ktn.)

Wopfinger

Baustoffindustrie GmbH (bei Waldegg, NÖ.) Zementwerk Hatschek

GmbH (bei Gmunden, OÖ.)

Zementwerk Leube

GmbH (St. Leonhard, Gartenau, Sbg.)

Page 10: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Rohstoffmischung und ZementsortenNormalzemente und SonderzementeDie DIN EN 197-1 unterscheidet 5 Hauptzementarten: Portlandzement (CEM I), Portlandkompositzemente

(CEM II),

Hochofenzement (CEM III), Puzzolanzement

(CEM IV),Kompositzement

(CEM V)

Diese Hauptzementarten werden je nach Zugabenmenge der Hauptbestandteile in weitere 27 Zementarten unterteilt.

Zusätzlich werden noch spezielle Zuschlagstoffe beigemengt.

Zementerzeugung in Österreich (Broschüre):http://www.zementindustrie.at/file_upl/zementbroschuere2009.pdf

Zementmerkblätter: http://www.vdz-online.de/fileadmin/gruppen/vdz/3LiteraturRecherche/Zementmerkblaetter/B1.pdfhttp://www.vdz-online.de/568.html

Die virtuelle Zementfabrik: http://www.juracement.ch/virtfabrik/flash/virtfabrik.html

Page 11: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Rohstoffmischung - Beispiele

Zementwerk Mannersdorf

(NÖ.): Leitha-/Lithothamnienkalk (Badenium) mit Zumischung aus Tonen (Pannon) und

AltziegelnZementwerk Retznei

(Stmk.) ähnliche „Rezeptur“

Zementwerk Kirchdorf (OÖ.): Mischung toniger Opponitzer Kalke mit pleistozänen

Tonen (Inzersdorf

im Kremstal)

Zementwerk Hatschek

Gmunden (OÖ.): Dachsteinkalk von Ebensee mit Flyschmergeln

Zementwerk Eiberg

bei Kufstein (T.): Opponitzer

Kalk und Gosaumergel

Zementwerk Peggau (Stmk.): Schöckelkalk

(Devon) und pleistozäne

Tone (Gratkorn bei Graz)

Page 12: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

RohstoffmischungenPuzzolanzemente:

Bimsvorkommen am Tuffabbau bei Weibern (Eifel) Laacher

See (Osteifel)

Aufgrund großer Porosität und geringem spezifischem Gewicht und der guten Isolierfähigkeit gegenüber Wärme und Schall finden vulkani-

sche

Lockergesteine Verwendung in der Leichtbetonindustrie. Trass ist in gemahlener Form Bestandteil selbst erhärtender Mörtel und bestimmter Zementsorten.

Page 13: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Zuschlagstoffe Gips und AnhydritGipswerk Puchberg

am Schneeberg, NÖ.

Page 14: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Herstellung von Zementklinkern: Tonmergel ("Zementmergel") bzw. natürliche oder künstliche

Mischungen von Kalk und Ton (Portland, England, 18. Jhdt.) wird bei ca. 1400°C gebrannt, wobei

"Zementminerale" in Klinkern entstehen: Tricalciumsilikat

(Alit) Ca3O(SiO4) trkl. C = CaO

"C3S" = 3 CaO

. 1 SiO2 S = SiO2 Dicalciumsilikat

Ca2(SiO4) rh. A = Al2O3

"C2S" = 2 CaO

. 1 SiO2 F = FeOTricalciumaluminat

Ca3Al2O6 k. P = P2O5

"C3A" = 3 CaO

. 1 Al2O3 H = H2O Brownmillerit

Ca2(Al,Fe)2O5 "C2(AF)"

The artificial compound was named in 1932 for Dr. Lorrin

Thomas Brownmiller

(1902-1990), Chief Chemist of the Alpha Portland

Cement Company, Easton, Pennsylvania, USA. The name was then transferred to the naturally-occurring mineral.

Tetracalciumaluminatferrit“C4AF”

= 4 CaO

. Al2O3 . Fe2O3

Page 15: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Die Klinker werden mit Wasser angerührt, die "Zement- minerale" zersetzen sich, es bilden sich neue, sehr

feinkörnige Verbindungen (Abbinden, ca. 28 Tage), z. B. Torbermorit, ein hydratisiertes

Kettensilikat:

Ca5

[Si6

O16

(OH)2

] . 4 H2

O, "C5

S6

H5

".

Chemische Zusammensetzung des Portlandzementklinkers: [in Masse%] CaO

60 –

67 MgO

0,5 –

5

SiO2

18 –

24 SO3

0,1 –

1,5 Al2

O3

4 -

9 Alkalien 0,5 –

2 Fe2

O3

1 -

4 Glühverlust 0,1 –

1

Dieser Klinker wird mit Zusatzstoffen (Gips/Anhydrit, Hüttensand/Schlacke, Flugasche, Kalkstein etc.) vermahlen, eingesackt und gelagert bzw. zum Kunden transportiert.

Page 16: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Beim Aushärten mit Wasser (Hydratation) wachsen Calciumsilicathydrat-Fasern, “CSH”

bzw. “C3S2H3”

(3CaO + 2SiO2

+ 3H2

0) und es bildet sich Portlandit, „CH“

(Ca(OH)2

)

Wien, Augarten Preussag, Hannover 1952

Millau

viaduc, Frankreich

Page 17: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Tonminerale als Rohstoffe für die Keramik (u. a. Ziegel) Zusammenstellung: Michael Götzinger

Tonminerale werden

zu den Industriemineralen gestellt.

Industrieminerale: Mineralische Rohstoffe, überwiegend monomineralischer Natur,aus denen weder ein Metall, noch Energie gewonnen werden unddie als solche verwendet oder nach Anreicherung in der Industrie eingesetzt werden.

Beispiele: Feldspat, Glimmer, Quarz, Kaolin, Kalk, Gips, Anhydrit, Graphit, Diamant, Talk →

Beispiele "bivalenter" Rohstoffe: Chromit, Steinsalz/Halit, Quarz, Beryll, Zirkon

Page 18: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Was sind Lagerstätten ?Als Lagerstätten werden geologische Körper verstanden,

die mineralische Rohstoffe und/oder Energierohstoffe enthalten und von denen angenommen wird, dass sie bei den zu erwartenden technischen Entwicklungen unter Berücksichtigung ökologischer und sozialer Zusammenhänge mittel-

bis langfristig wirtschaftlich

genutzt werden können. (aus dem Österreichischen Rohstoffplan 2004) Stoob, Bgld.

Page 19: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Tonminerale – Übersichta) quellbare Tonminerale (Smectite) Halloysit

Al2(OH)4[Si2O5] ·

2 H2O

Montmorillonit (Al1,67Mg0,33)(OH)2

[Si4O10] ·

Na0,33

· 4 H2O Beidellit Al2

(OH)2

[Al0,5Si3,5O10] ·

(Ca,Na)0,3

· 4 H2O Nontronit Fe2

(OH)2

[Al0,33Si3,67O10] ·

Na0,33

· 4 H2O

b) mixed-layer Tonminerale, z. B. Illit

-

Montmorillonit, Muskovit

-

Beidellit,

Hydrobiotit: Biotit

-

Vermiculit

1:1 (K,H2O)(Mg,Fe)3

(OH,H2O)2

[Al Si3O10]

c) nicht quellbare TonmineraleIllit, "Sericit", Muskovit K Al2

(OH,F)2

[Al Si3O10] “Hydromuskovit”

(K,H2O)Al2

(OH,H2O)2

[Al Si3O10] Glaukonit (K,Ca,Na)1(Al,Fe,Fe,Mg)2

(OH)2

[Al0,35Si3,65O10] Kaolinit

Al2

(OH)4

[Si2O5] (Formeln idealisiert)

Page 20: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Tonminerale Halloysit enthält zwischen den Kaolinit

ähnlichen

Schichten locker gebundenes Wasser, das bei etwa 50° C irreversibel entweicht (es entsteht

Metahalloysit). Natürliche Vorkommen sind meist Gemenge aus beiden Mineralen mit weltweiter Verbreitung.

Montmorillonit ist in der Struktur ähnlich dem Pyrophyllit, jedoch ist der Abstand der Silikatschichten durch den Wassergehalt variabel bis die Schichten zerfließen. Statt Wasser können auch Öle, Farbstoffe und andere Moleküle (Glyzerin) eingelagert werden. Gibt mit Wasser eine thixotropeSuspension (Anwendung in der Farben-und Lackindustrie). ZW Hennersdorf, NÖ. →

Page 21: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Montmorillonit ist wahrscheinlich weltweit das häufigste Tonmineral, steuert den Wasserhaushalt in den Böden. Trockenrisse im Boden sind Zeichen der Wasserabgabe und gleichzeitiger Schrumpfung. M. Ist Hauptbestandteil vieler Ziegeltone. Er ist auch Bestandteil vieler Bentonite.

Beidellit ist dem Montmorillonit

ähnlich, jedoch frei von Mg und deutlich seltener.

Nontronit bildet dichte, feinkörnige Massen, die aufgrund des Fe-Gehaltes auffällig gelb bis grün sind.

St. Andreasberg, Harz, BRD

Hydrobiotit ist ein Mineral mit Wechsellagerung von Biotit- Vermiculit-Schichten

(ideal 1:1), wobei

im Biotit

das K gegen Wasser bzw. hydratisierte

Mg-Ionen ausgetauscht wird.

Page 22: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Vermiculit ist dem Biotit

im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der c-Richtung). Expandierter Vermiculit

wird als Isolator für Schall und Temperatur

sowie zur Bodenverbesserung eingesetzt. V. kann Verwitterungsprodukt sein (z. B. in Böden), bildet

sich aber auch hydrothermal in manchen Kontaktzonen (zw. Pegmatiten

und Serpentiniten); mit weltweiter

Verbreitung. Vermiculit

Kovdor, Vermiculit

Vermiculit-

Kola, Russland expandiert platte

Page 23: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

„Sericit“ ist feinkörniger Muskovit

unterschiedlicher Entstehung.

Die Begriffe Illit und „Hydromuskovit“werden für „unvollständige“, oftmals hydratisierte, fein(st)körnige

Hell-

glimmer

verwendet. Auch hier wird das K sukzessive durch Wasser und (H3

O)+

ersetzt. Serizit

mit Pyrit, USA

Glaukonit ist ein sehr wechselnd zusammengesetztes K- Ca-Fe-Al-Schichtsilikat, oft körnig und intensiv grün

gefärbt (z. B. im Glaukonit-Quarzsandstein

der Flyschzone). G. bleibt mehr minder im Brennvorgang des Ziegels erhalten und kann ein Zeigermineral für die Herkunft des Tones sein.

Большие

Хутора

Page 24: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Kaolinit ist trotz seiner Feinkörnigkeit meist gut kristallisiert, ein typisches Umwandlungsprodukt von K-Feldspäten. Er ist charakteristischer Bestandteil von (hoch) feuerfesten Tonen („fire-clay“, „china-clay“) mit entsprechend hohen Al2

O3

-Gehalten (um 35%; theoret. 39,5). Das „Wasser“

- (OH)-Gruppen

-

entweicht ab etwa 400°

C.

Kaolinit

kann auch tief hydrothermal gebildet werden (in manchen Granit-gebieten, z. B. Cornwall).

Wegen seiner hohen Brenntemperaturen wird er auch „Porzellanerde“

genannt

und dafür auch verwendet. Wegen des meist hohen Weißgrades kann

K. auch als Füllstoff in der Papier-, Farben-

und Lackindustrie sowie in

der Kunststoffindustrie eingesetzt werden. Kaolingrube Hirschau-Schnaittenbach, BRD

Page 25: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Die Bildung von Kaolinit aus Kalifeldspat:

2 K[AlSi3

O8

] + 2 H2

O →

Al2

(OH)4

[Si2

O5

] + 4 SiO2

+ K2

O Kaolinit

Kaolinit – Stabilität: Al2

(OH)4

[Si2

O5

] + 2 SiO2

Al2

(OH)2

[Si4

O10

] + H2

O Pyrophyllit

p H2

O = p total: 1 kb

bei 325 ±

20 °C 2 kb

bei 345 ±

10 °C

4 kb

bei 375 ±

15 °C

Kaolinit

nach OrthoklasSt. Austell, Cornwall, GB

Page 26: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Die Bildung der Tonminerale durch Verwitterung und hydrothermal:

Verwitterung von Silikatmineralen: Zerfall der Feldspäte als Modellfall, wobei die Feldspäte

wegen ihrer Häufigkeit eine sehr große Rolle spielen.

2 K[AlSi3

O8

] + 2 H2

O →

Al2

(OH)4

[Si2

O5

] + 4 SiO2

+ K2

O (in saurem Milieu) (Kaolinit)

Die Alkalien gehen in Lösung (K, Na aus Albit, Ca aus Anorthit). In ähnlicher Weise verhalten sich auch andere Gerüst-silikate

(etwa der Leucit).

Gabbro

Page 27: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Die Glimmer blättern auf und verlieren K, welches meist durch Wasser (H3O)+ ersetzt wird; ein silikatischer

Schichtrest bleibt erhalten und aus diesem kann Illit entstehen.

Im Biotit wird das Fe2+

zu Fe3+

oxidiert, im weiteren Verlauf

setzt Limonitisierung

ein. Parallel dazu können sich Hydrobiotit

und letztlich Vermiculit

bilden

(Mg-Einbau in Form hydratisierter

Mg-Ionen statt der K-Ionen). Hydrobiotit

Serpentin(it) wird relativ schnell zersetzt und oxidiert, es bilden sich Limonit

und Opal –

Quarz

(Jaspis), Mg reagiert mit CO2

und kann zu Gelmagnesit

kristallisieren.

Page 28: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Amphibole und Pyroxene verwittern auch rel. schnell (aber langsamer als Glimmer). Aus den frei werdenden Elementen Al, Si und den Alkalien bilden sich zuerst „Alumohydrosilikate“, später Tonminerale, sehr häufig Montmorillonit.

Bei Anreicherung von Al2O3, meist als Al(OH)3

und AlOOH im neutralen Bereich können Bauxite entstehen.

Quarz bleibt in saurem Milieu erhalten (Abtransport → Quarzsand), in basischem Milieu erfolgt langsame Auflösung. Quarzsand (0,30-1,20)

In ariden Gebieten können durch die Abflusslosigkeit Salze auskristallisieren (Steinsalz/ Halit; Karbonate wie Soda und/oder Thermonatrit

und Trona; Sulfate wie

Mirabilit

und/oder Thenardit

sowie Gips (auch aus der Verwitterung von Pyrit

bzw. Markasit).

Page 29: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Hydrothermale Bildung von Tonmineralen, speziell Kaolinit:

Im Endstadium der Granitkristallisation können hoch liegende Bereiche durch saure hydrothermale Rest-

lösungen

umgewandelt werden, wobei der K-Feldspat zu Kaolinit

umkristallisiert und stellenweise Wertminerale

wie Kassiterit/Zinnstein

und Wolframit

angereichert werden.

Diese Lagerstätten werden mit scharfem Wasserstrahl abgebaut (etwa in Cornwall), der Kaolinit

wird in

der Suspension weg geschwemmt und die Schwerminerale bleiben (frei gewaschen) liegen.

Interessante homepages:http://www.bgs.ac.uk/mineralsuk/downloads/mpfkaolin.pdfhttp://www.probertencyclopaedia.com/cgi-bin/res.pl?keyword=Kaolin&offset=0http://www.cornwall-calling.co.uk/mines/clay/clay-mining.htm

Page 30: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Tone, Tonlagerstätten und ihre Eigenschaften:

Feuerfeste Tone haben einen Schmelzpunkt von 1580°

C und einen entsprechend hohen Al2O3-Gehalt bei niedrigen Alkali-Gehalten.

Keramische, nicht feuerfeste Tone sintern unter 1520°

C, besitzen einen niedrigeren Al2O3-Gehalt und höhere Alkali-Gehalte.

Feinkeramische Tone und Töpfertone sollen plastisch und gießfähig sein; die Fe-Gehalte können schwanken, sollen aber einheitlich sein: hell brennend (unter 1 Gew.% Fe2O3) oder tief rot brennend (über etwa 7 Gew.% Fe2O3).

Tongrube Stoob, Bgld.

Page 31: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Grobkeramische Tone bzw.Ziegeltone sind stärker verun-reinigt und enthalten gröberes Korn (meist Quarz).

ZW Hennersdorf, NÖ.

Lehm und Lößlehm sind meist sandige Tone mit lokaler Bedeutung.

Blähtone zeigen die Eigenschaft bei rascher Erhitzung (etwa 1150°

C)

unter starker Volumenszunahme

zu expandieren (LECA: light expandedclay

aggregate).

Dichtungstone werden häufig aus Bentoniten

mit hohem Smectit-Anteil

gewonnen (hohe Adsorption; Sanierung

von Altlasten und Deponien).

Page 32: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Segerkegel – BrennkegelWerte bei einer Aufheiztemperatur von 150°C/h

Nr.018 705°C Nr.03a 1055°C Nr.015 a 780°C Nr.02a 1085°C Nr.014a 805°C Nr.01a 1105°C Nr.013a 835°C Nr. 1a 1125°C Nr.012a 860°C Nr. 2a 1150°C Nr.011a 900°C Nr. 3a 1170°C Nr.010a 920°C Nr. 4a 1195°C Nr.09a 935°C Nr. 5a 1215°C Nr.08a 955°C Nr. 6a 1240°C Nr.07a 970°C Nr. 7 1260°C Nr.06a 990°C Nr. 8 1280°C Nr.05a 1000°C Nr. 9 1300°C Nr.04a 1025°C Nr.10 1320°C

Nr.11 1340°C http://www.marienfeld-dortmund.de/segerkegel.htm

Page 33: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

Segerkegel (Forts.)Werte bei einer Aufheiztemperatur von 150°C/h

(Normalkegel) Angaben aus http://www.keratech.de/Texte/segerkegetabellel.htm

[in °C]:

SK 12 1360 SK 23 1540 SK 13 1380 SK 26 1560 SK 14 1400 SK 27 1595 (fire clay) SK 15 1425 SK 28 1605 SK 16 1445 SK 29 1635 SK 17 1480 SK 30 1655 SK 18 1500 SK 31 1680 SK 19 1515 SK 32 1695 SK 20 1530 SK 33 1710

Page 34: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

Tone: Rohstoffquellen im Wiener Becken und in der Molassezone

Lokale Schwemmlehme (fluviatil), z. B. Wienerwald Verwitterungslehme (z. B. aus der Böhmischen Masse) Quartäre Lößlehme (äolisch, umgelagert), z. B. Tullner Feld und

S-Rand der Böhmischen Masse

Marine Ablagerungen (Miozän, Wr. Becken): Tone des Pannoniums

(„Inzersdorfer

Tegel“) weit verbreitet,

z. B. Hennersdorf

(Wienerberger

AG), Mannersdorf

(Lafarge/Perlmooser)

Tone des Sarmatiums

(„Hernalser

Tegel“/Ervilientegel) z. B. Hernals/Wien

17. (ehem. röm. Ziegelei)

Heiligenstadt („Rissoenschichten“) Tone des Badeniums

(„Badener Tegel“),

z. B. Sooß, Baden (loc. typ.), Bad Vöslau

Page 35: Mineralische Werkstoffe II - univie.ac.at · Vermiculit . ist dem Biotit im Aussehen ähnlich, expandiert jedoch beim raschen Erhitzen um das Vielfache des Ursprungsvolumens (in der

.

ZW Hennersdorf, NÖ., alte und neue Grube (2011)

Marine Ablagerungen der Molassezone (Miozän- Oligozän),

z. B. im Tullner Becken und im Weinviertel

Oncophora-Schichten

und Robulus-Schlier

(Ottnang) Haller Schlier

(Eggenburg), und im Oligozän

(U-Eger)

die tonige Basis der Melker Schichten: „Pielacher

Tegel“


Recommended