GESUNDHEITSSCHÄDLICHE MINERALPARTIKEL IN GESTEINEN: KRITISCHE BETRACHTUNG

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1 GESUNDHEITSSCHÄDLICHE MINERALPARTIKEL IN GESTEINEN: KRITISCHE BETRACHTUNG Oskar A. R. Thalhammer 1 & Gerald Doppler 1,2 1 Lehrstuhl für Rohstoffmineralogie Department Angewandte Geowissenschaften & Geophysik Montanuniversität Leoben 2 Ingenieurbüro für Angewandte Geowissenschaften/Montangeologie Leoben

2 1. Asbest 1.1. Begriffsdefinition Asbest Unter dem Begriff lungengängiger Asbest sind Mineralfasern (Abb. 1) mit einer Faserlänge von > 5µm, einer Faserbreite von < 3µm und u einemm Längen/Breiten- Asbest Verhältnis von 3: :1 zu verstehen (nach WHO). Entspreche end der Definition istt unabhängig von der Mineralart. In der industriellen Anwendung ist der Terminus Asbest, abgesehen a von der faserigen äußerlichen Form, noch durch weitere, anwendungsorientierte Eigenschaften, wie bestimmte mechanische Festigkeit, büscheliges, oder radiales Wachstum der einzelnen Fasern etc., definiert. Asbest (aus dem griechischem asbestos = unvergänglich) ist demnach kein mineralogischer Begriff, sondern kommt aus der industriellen Anwendung. Abbildung 1 Asbestfasern 1.2. Asbestarten Grundsätzlich werden zwei Typen von Asbest unterschieden: Serpentinasbest Die Mineralgruppe Serpentinn umfasst eine Reihe von Mineralien, die inn ihrer chemischen Zusammensetzung sehr ähnlich bis identisch sind, sich jedoch in ihrer Wachstumsform (Habitus) und Kristallgitter deutlich unterscheiden. Serpentin gehört zu den Phyllosilikaten (Schichtsilikaten, Abb.2) ) mit der chemischen Formel Mgg 6 (OH) 8 (Si4O 4 10 ).

3 Abbildung 2 SiO 4 -Tetraeder-Schicht als typische Grundstruktur der Kristallgitter der Phyllosilikate Es handelt sich dabei um ein 2-Schicht Phyllosilikat. Das Kristallgitter ist durch eine MgO 6 -Oktaederschicht (O) und eine SiOO 4 -Tetraederschicht (T)( gekennzeichnet. Die O-T- (van Schichtpakete sind im Kristallgitter miteinander durch schwache Bindungskräfte der Waal sche Kräfte) verbunden. In Abhängigkeit von der Art A der Krümmung innerhalb der T-Schichten (die Krümmung entsteht dadurch, da die O- O bzw. T-Schicht nicht gleich groß sind), können in der Mineralogie e zwei Arten (Wachstumsformen) von Serpentin unterschieden werden: Tritt eine Krümmung ein Mal nach oben danach wieder nach unten und so weiter auf, so entsteht daraus eine Wellblechst truktur. Derartige blätterartige Serpentine werden als Antigorit bezeichnet. Antigorit hatt einen feinschuppigen Habitus. Tritt die Krümmung der SiO 4 -Tetraeder in der T-Schichtt immer in der gleichen Richtung auf, so entsteht daraus eine spiralige Röllchenstruktur, diese Serpentine werden als Faserserpentin oder Chrysotil bezeichnet. Weisen diese Röllchen Dimensionen, wie für die Definition von Asbest zutreffend, auf, so handelt es sich um Serpentinasbest. Diese Asbestart ist durch die hohe Tenazität (Biegsamkeit) und dem nahezu reinen Chemismuss charakterisiert. Die Gehalte an FeOO und Ni liegen überwiegend unter 1 Gew.% %, bzw. unter 500 ppm. Minerale der Serpentingruppe entstehen durch Umwandlung aus Olivin ((Mg,Fe)SiO 4 ) und Pyroxenen ((Mg,Fe) 2 Si 2 O 6 = Orthopyroxen, oder Ca(Mg,,Fe)Si 2 O 6 = Klinopyroxen) in einem hydrothermalen Milieu. Dieser Alterationsprozess wird als Serpentinisierung bezeichnet und kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: 2Mg 2 (SiO 4 ) + CO 2 + 2H 2 O -> Mg 3 (OH) 4 (Si 2 O 5 ) + Mg( (CO 3 ) Olivin hydrothermale Serpentin Magnesit Lösung Damit ist das Vorkommen von Serpentin, und damit auch von Serpentinasbest, nahezu ausschließlich an ultramafische Gesteine (Gesteine mit dominierendem Olivinund/oder Pyroxen-Gehalt) gebunden. Als Begleitminerale der Serpentinisierung können Magnetit und Mg-reichder Primärminerale (Olivin und/oder Pyroxen) undd der Zusammensetzung der Karbonate (Magnesit) gebildet werden, in Abhängigkeit vom Fe- Gehalt hydrothermalen Lösung (CO 2 -Gehalt). Für die Ausbildung als Chrysotil bedarf es

4 besonderer Bedingungen während des Wachstums. Vor allem muss ein Wachstum in eine Richtung, also in einen in dieser Richtung offenen Raum gegeben sein. Daher kommt Chrysotil vorwiegend in Klüftenn und Gängchen vor. Abbildung 3 Ultramafisches Gestein (Dunit)) im Kern noch relativ gut erhalten, der Rand (bräunlich) ist stark in Serpentinmineralien umgewandelt und kann als Serpentinit bezeichnet werden Abbildung 4 Serpentinit, der durch feine Gängchen von vorwiegend Chrysotil (hell) Bildbreite entspricht etwa 4 cm gekennzeichnet ist.

5 Amphibolasbest Die Amphibole stellen in der systematischen Mineralogie eine umfangreiche Mineralgruppe dar. Sie gehören zu den Inosilikaten (Bändersilikate, oder Doppelkettensilikate, Abb.4). Die Grundstruktur der Amphibole lässt sich als unendliche Doppelketten (Bänder) darstellen (Abb.5). Die allgemeine chemische Formel für die Amphibole lautet: X 2 VIII Y 5 VI (OH,F) (Z 4 O 11 ) X = Ca, Na, K, untergeordnet Mn II, Fe II, Mg Y = Mg, Fe II, Fe III, Al, Mn, Ti III Z = Si, Al Abbildung 5 Doppelkette (Band) aus SiO 4 -Tetraedern als Grundstruktur des Kristallgitters der Amphibole In Abhängigkeit von der Kombination der oben angeführten Gitterbausteine, wird strukturell zwischen Orthoamphibolen (haben orthorhombische Struktur) und Klinoamphibolen (haben monokline Struktur) unterschieden. Bei den Orthoamphibolen ist die 8-Koordination (X) nicht besetzt, es treten somit keine großen Kationen wie Ca, Na, K auf. Die Klinoamphibole entsprechen der oben angegebenen allgemeinen Formel. Aufgrund der Kristallgitterstruktur (Bänder) zeigen Amphibole meist nadeligen bis stängeligen Habitus (Wachstumsform). In seltenen Fällen können die ausgebildeten Nadeln in ihrer Dimension einer Asbestfaser entsprechen, man spricht dann von Amphibolasbest. Folgende Arten von Amphibolasbest können unterschieden werden: Orthoamphibole Anthophyllit (Mg,Fe) 7 Si 8 O 22 (OH) 2 Klinoamphibole Aktinolith-Tremolit Ca 2 (Mg,Fe) 5 Si 8 O 22 (OH) 2, Tremolith ist das nahezu reine Mg- Endglied (Mg/Mg+Fe II = 0.9 bis 1.0), Aktinolith ist das Fereichere Glied (Mg/Mg+Fe II = 0.5 bis 0.9; Hawthorne 1985)

6 Cummingtonit-Grünerit Riebeckit (Krokydolith) Ca (Mg,Fe) Si 8 O22(OH) 2 2, Grünerit ist das nahezu reine Fe-Endglied d (Mg/Mg+ +Fe II = 0 bis 0.3), Cummingtonitt ist das Mg-reiche Glied (Mg/ Mg+Fe II = 0.30 bis 1.0; Hawthorne 1985) Na 2 Fe 4 (OH)) 2 (Si 8 O 22 ) Bei dem immer wieder auftauchenden Namen Amosit handelt es sich um kein eigenständiges Mineral, sondern um eine Mischung auss Aktinolith-Tremolith, bzw. Cummingtonit-Grünerit. Der Begriff Amosit wird nur mehr als industrieller Terminus für Asbest verwendet. Amphibole sind gesteinsbildende Minerale und können in nahezuu allen Gesteinen vorkommen. Minerale der Aktinolith-Tremolit-Gruppe, auftretenden Amphibole sind, kommen vorwiegend in niedrig metamorphen, überwiegend regionalmetamorphen Gesteinen (z.b. Grünschiefer, Abb. 6) vor. Aktinolith bildet sich meist aus einer Mineralreaktion mit die die häufigsten der oben genannten, selten als Amphibolasbestart Calcit (CaCO 3 ) und/oder Dolomit (CaMg(CO 3 ) 2 ), oder Ca-reichem Plagioklas (CaAl 2 Si 2 O 8 ), die als sogenannte Ca-Liferanten fungieren. Aktinolith A kann sich auch aus der metamorphen Umwandlung von Clinopyroxenen (Ca(Mg,Fe)(Si 2 O 6 )) in mafischen vulkanischen und plutonischen Gesteinen bilden, wobei in derartigen Fällen das Primärmineral Clinopyroxenn das nötigee Ca zu Bildung des Aktinolithess liefert. Für das büschelig feinnadelige Wachstum müssen ganz besondere Bedingungen herrschen. Ein derartiges Wachstum kann nur unter restriktivem Wachstum in nur einer Richtung vor sich gehen. Diese Wachstumsbedingungen könnenn nur in Gesteinen gegeben sein, die unter gerichtetem Druck stehen, woraus sich senkrecht zur maximalen Druckrichtung Dehnung ergibt. Deshalb wachsen Asbestfasern überwiegend in Gängchen, die innerhalb eines Gesteinss Dehnungserscheinungen darstellen. Abbildung 6 Grünschiefer

7 Abbildung 7 Röntgen-Diffraktogramm einess Amphibol-Asbestes 1.3. Unterschiede der Asbestartenn Serpentinasbest hat eine hohle Röllchenstruktur. Die Röllchen sind elastisch biegsam. Die chemische Zusammensetzung des Serpentinasbestess ist sehr homogen, durch geringee FeO-Gehalte charakterisiert. Die Elemente Si undd Mg dominieren eindeutig. Serpentinasbest ist weit häufiger als Amphibolasbest. Letzterer machtee etwa nur 5% der ehemals industriell genutzten Asbestminerale aus. Amphibolasbest ist bezüglich seines Habitus durch feine, spröde Nadeln, die nicht elastisch verformbar sind, charakteris iert. Die chemische ZusammensZ setzung kann sehr variabel sein, vor allem kommen, verglichen mit Chrysotilasbest, Elemente wie Fe, Ca, Na können in unterschiedlichen Mengen vertreten sein Identifikation der Asbestarten n Eine eindeutige Identifikation der unterschiedlichen Mineralarten, die als Asbest ausgebildet sein können, ist mittels RDA (Röntgen-Diffraktometer-Analyse) möglich. Auf der Basis der unterschiedlichen Kristallgitterstruktur von Chrysotil, C Antigorit, bzw. den unterschiedlichen Amphibolasbestarten, resultieren diagnostische Gitterabstände (d- der für Werte) in den jeweiligen Röntgendiffraktogrammen (Abb. 7, 8). Die Identifikationn Asbest charakteristischen Wachstumsf form (feinee Fasern) ist jedoch mittels RDA NICHT möglich.

8 Abbildung 8 Röntgen-Diffraktogramme von Serpentinasbest-Mineralphasen Eine Identifikation von Asbestmineralen, entsprechend ihrer definierten Wachstumsform, ist daher ausschließlich mittels mikroskopischer Untersuchung (> 400-fache Vergrößerung, Abb. 9),, oder mit analytischen Instrumenten, die Vergrößerungen über 1000-fach liefern, möglich. Dafür steht s das Raster-Elektronen- Mittels der EMS kann gleichzeitig die chemische Zusammens setzung der Mineralfasern Mikroskop (REM, Abb. 10), oder eine Elektronenstrahl-Mikrosonde (EMS) zur Verfügung. Abbildung 9 Mikroskopaufnahme (im Durchlicht unter gekreuzter Stellung der Polarisatoren) von Amphibol- Asbestfasern (grün). Die Bildbreite entspricht etwa 600 µm

9 Abbildung 10 REM-Aufnahme (BSE-Image, Asbestfasern back scatter electron image) von zum Teil WHO Amphibol- Abbildung 11 Chemische Analyse (Energie-dispersivess System EDS) mittels REM einer Clinoamphibol- Asbestfaser quantitativ analysiert werden. Eine chemische Analyse istt auch mittels REM, das mit einem Energie-dispersiven Detektor (EDS) ausgerüstet sein muss, möglich (Abb. 11), jedoch kann bei einer quantitativen Analyse nie die Präzision einer EMS erreicht werden.

10 1.5. Quantifizierung von Asbestmineralfasern Wurde das Vorhandensein von Asbestmineralfasern in einem Gestein,, Material, Luft etc. eindeutig mittels den unter Kapitel 1.4. genannten Methoden nachgewiesen, istt in den meisten Fällen eine Quantifizierung der Menge der Asbestfasern von entscheidender Bedeutung. Folgende analytische Methoden können derzeit d zurr Quantifizierung herangezogen werden: Bestimmung der Konzentration von Asbestfasern in i der Luft t Die Konzentrationn der Asbestfasern inn der Luft (z.b. Konzentration der Asbestfasern in der Luft am Arbeitsplatz) wird meistt mittels der Menge der Asbestfasern pro 1 m 3 bestimmt. Die Untersuchungen gehen auf M. Mattenklott (1998) zurück. Dabei werden Luftprobennahmen mit goldbeschichteten Kernporenfiltern, oder Zellulosefiltern durchgeführt. Von den beaufschlagten Filtern wird ein kleiner Teil mikroskopisch, mittels RDA, oder mit REM ausgewertet. Dabei wird die Anzahl A derr Asbestfasern pro definierter Fläche identifiziert, die chemische Zusammensetzungg semiquantitativ bestimmt (mittels REM), ausgezählt und auf die Gesamtmenge der Luftprobe interpoliert. Die mikroskopische Auswertung basiert auf der Phasenkontrastmikroskopie (Abb. 12). Dabei wird eine geringe Probenmenge auf einen Glasträger in einer Flüssigkeit mit bekanntem Brechungsindex aufgebracht. Die Identifizierungg der Asbestfasern erfolgt auf der Basis der optischen Eigenschaften der einzelnenn Asbestfasern, die einen Durchmesser von 1 µm haben müssen. Die Quantifizierung basiert auf Schätzungen der Fasermenge auf mindestens 100 Gesichtsfeldern. Die Nachweisgrenzee liegt etwa bei 0.1 bis 1.0% %; der Fehler ist relativ hoch. Abbildung 12 Phasenmikroskop

11 Die Phasenkontrastmikroskopie wirdd in der Regel zusammen mit der Infrarot-I mit Spektroskopie (Abb. 13) angewendet. Dabei wird die definierte d Probenmenge Kaliumbromid vermischt und zu einer Tablette gepresst. Die Identifizierung der Asbestfasern erfolgt anhand der charakteristischen Infrarot-Spektren der einzelnen Asbestminerale. Die Nachweisgrenze liegt bei Serpentinasbestfasern bei ca. 1 Masse%, bei Amphibolasbestfasern bei ca. 5 Masse%. Abbildung 13 Infrarot-Spektroskop Die Auswertung mittels REM verlangt, dass das Probenmate erial in Pulverform mit einer Korngröße < 1000 µm vorliegt. Gröbere Anteilee müssen abgesiebt a und mittels eines Mörsers weiter fein aufgemahlen werden. Ein repräsentativer Anteil des Pulvers wird in einer Suspensionn auf ein Filter aufgebracht und die Menge der Asbestfasern, entsprechend der definierten Abmessungen, pro mg identifiziert und berechnet. Die Nachweisgrenze wird auf ca Masse% geschätzt Bestimmung des Massenanteils von Asbestfasern in mineralischen Rohstoffen Das Vorkommen von Asbestmineralfasern ist auf ganz bestimmte Gesteinsarten beschränkt. Dazu gehören in ersterr Linie ultramafischee Gesteinee (Peridotite und Pyroxenite), mafische plutonische Gesteine (Gabbro), mafische vulkanische Gesteine (Basalte) und ultramafische bis mafische magmatische Gesteine,, die metamorph geworden sind (Diabase, Chloritschiefer, Aktinolithschiefer, Talkschiefer bis zu Amphiboliten), sieht man von den ehemals als Asbestlagerstätten klassifizierten Lokalitäten ab. Generell lassen sichh zwei Arten des Auftretens A von Asbestfasern unterscheiden: a) Asbestfasern als untergeordneter Mineralbestandteil in meist feinen Klüften, Scherzonen und Bruchzonen und b) Asbestfasern als akzessorischen Mineralgemengteil (unterr 1 Modal%) im Gestein.

12 Ähnlichh wie die quantitative Bestimmung von Asbest-Konzentrationenn in der Luft, wird heute auch die Konzentration von Asbestfasern in Gesteinen und anderen Materialien (z.b. Asphalt) nach dem BIA 7487 (BGIA 7487) Verfahren bestimmt.. Dieses Verfahren wird entsprechend TRGS 517 empfohlen und ist in Deutschland offiziell anerkannt. Dabei wird ein repräsentativer Teil einer Gesteinsprobe mittels Brecher zerkleinert und auf einee Korngröße < 100 µm vermahlen. Ein Teil des Pulvers (meist umm die 20 mg) wird in destilliertem Wasser suspendier rt, danach das Wasser filtriert und der mit Pulverkörnchen beschlagene Filter mittels REM (Abb. 14) und RDAA untersucht (auf einer Fläche von 0.5 bis 0.55 mm 2 werden die Asbestfasern gezähltt und in Volums% umgerechnet). Die Quantifizierung erfolgt über das Volumen der Asbestmineralfasern im Vergleich zum suspendierten Volumen. Die Nachweisgrenze dieserr Analytik wird mit Masse% angegeben. Abbildung 14 Raster-Elektronen-Mikroskop (REM)( Abbildung 15 REM-Aufnahme zur Abmessung und Abzählung von Asbestfasern

13 2. SiO2-Gehalt Quarz-Gehalt 2.1. Begriffsdefinition SiO 2 -Gehaltt Unter dem SiO 2 -Gehalt ist der Gehalt eines Gesteines, eines Materials (unabhängig ob es sich um Lockermaterial, oder ein verfestigtes Material handelt) am chemischen Stoff SiO 2, angegeben in Gewichts (Masse)%, zu verstehen. Grundsätzlich geht es dabei um den Gehalt eines angegeben wird. Materials am Element Si, das in der chemischenn Analyse als SiO 2 Abbildung 16 Tabelle der chemischen Zusammensetzungg von Gesteinen mit unterschiedlichem SiO 2 Gehalt 2.2. Begriffsdefinition Quarz-Geha alt Quarz, mit der chemischen Formel SiO 2, ist ein Mineral und u gehörtt systematisch zur Gruppe der Silikate (Tektosilikate). Ein Mineral ist, laut Definition, ein physikalisch- dazu chemisch einheitlicher, natürlicher Bestandteil der Erde (Abb. 19). Imm Unterschied ist ein Kristall ein homogener Körper, dessen atomaren Bestandteile eine dreidimensionale, symmetrische Anordnung aufweisen, womit ein Kristallgitter als DAS Charakteristikum des Kristalls entsteht. Kristalle müssen nicht natürlichen Ursprungs sein, sondern können auch synthetisch erzeugt werden. Bei den meisten Mineralien handelt es sich um kristalline Bestandteile, jedoch gibt es auch kryptokristalline, oder auch amorphe Minerale, die keine geordnete Kristallstruktur aufweisen. Der Quarz ist ein Mineral, das u.a. durch eine Reihe von morphologischen und strukturellen Besonderheiten gekennzeichnet ist,, wodurch sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften (Farbe, Härte,, piezoelektrischer Effekt, Dichte, Lichtbrechung etc.) ändern können. Derartig unterschiedliche Erscheinungsformen eines e Minerales werden als Varietäten bezeichnet. Beim Quarz können folgende Varietäten unterschieden werden: a) Phanerokristalline Varietäten Bergkristall (farblos, durchsichtig, Abb. 17).

14 Milchquarz (trüb, leicht durchschein nend, Trübung ergibtt sich durchh eine Vielzahl von Flüssigkeitseinschlüssen). Rauchquarz (graue bis grau-schwarze Farbe, Letztere weird auch als Morion bezeichnet; die Farbe entsteht durch Verunreinigungen von v Al, Fe und H). Amethyst (violett, Abb. 18; die Farbe entstehtt durch Verunreinigungen an Fe 2+, Fe 3+, untergeordnet Al, H etc., wobei zusätzlich eine radioaktive Bestrahlung notwendig ist). Citrin (gelb, die Farbe beruht auf Erhitzen von Amethyst auf 450 o C) ). Rosenquarz (lichtrosa, Farbgebung g entsteht durch Verunreinigung von Mn, oder durch feine Beimengung von Rutilnadeln als feinste Einschlüsse). Blauquarz (intensiv blau, durchsichtig, Farbeindruck beruht, wie beim Rosenquarz, auf Rutileinschlüsse). Abbildung 17 Bergkristall (phanerokristalline Varietät des Minerals Quarz) Abbildung 18 Weitere phanerkristalline Varietäten des Quarzes (rechts Amethyst)

15 Abbildung 19 Mikroskopbild (Durchlicht, parallel Stellung der Polarisatoren) von Quarzkörnern (hell) in Form von Falten im Gestein (Grünschiefer) angeordnet. Bildbreite entspricht etwa 3 cm b) Kryptokristalline Varietäten Kryptokristalliner Quarz besteht aus allerfeinsten (im µm-bereich) ) Fasern und/oder Körnchen, die dichte, homogene Massen bilden. Kryptokristallinee Quarz-Varietäten entstehen durch sehr rasche Fällung (viele Kristallkeime) aus meist niedrig temperierten, SiO 2 -reichen Wässern. Entsprechend der Ausbildung (Anordnung der Fasern, Körner) und Farbe werden u.a. unterschieden: Abbildung 20 Chalcedon als kryptokristalline Varietät des Minerals Quarz

16 Abbildung 21 Schön gebänderter Achat als kryptokristalline Quarz-Varietät Chalcedon (durchscheinend, bis dicht, Abb. 20) Carneol (blutrot bis gelblich) Chrysoprass (durch Verunreinigung von Ni apfelgrün) Achat (zeigt rhythmischen, feinschichtigen Aufbau von feinsten Fasern, Lagen mit wechselnder Färbung, hervorgerufen durch Fremdeinlagerungen. Die rhythmischen Lagen entstehen durch unterschiedliche Porosität, Abb. 21) Jaspis (undurchsichtig, meist intensiv gefärbt). Abbildung 22 Opal als amorphe Varietät des Minerals Quarz

17 c) Amorphe Varietät Amorpher Quarz bedeutet, dass ess sich um einen nicht-kristallinen Quarz handelt, vergleichbar mit einer eingefrorenen Flüssigkeit (Glas). Amorphee Quarz-Varietäten entstehen meist durch thermale Zersetzung von Silikaten, wobei das SiO 2 in Lösung geht und dannn als Kieselgel wieder aus heißen Quellen gefällt wird.. Dazu gehört der Opal (mit( seinenn verschiedenen Farbvarietäten, gemeiner Opal, Edelopal etc., Abb. 22, 23), der aus hydratisiertem Kieselgel (SiO 2.nH 2 O) besteht. Der Wassergehalt kann bis zu 20 Gew..% betragen. Die Kieselgelkügelchen weisen eine Größe von Å und sind meist lagig, mit dazwischen befindlichen Wassermolekülen, angeordnet. Durch Verunreinigungen und diese feinste Wechsellagerung entstehen die bekannten Farbspiele des d Opals. Abbildung 23 Feine Gängchen von Opal im Gestein 2.3. Bestimmung des freien Quarz-Gehaltes Mikroskopische Bestimmung Der freie Quarz-Gehalt eines Gesteines wird in erster Linie mikroskopisch bestimmt. Dabei werden an petrographischen Dünnschliffen unter dem d Polarisationsmikroskop die Anzahl der erkennbarenn Quarzmineralkörner ausgezählt. Das Ergebnis ist der %- Anteil des freien Quarzes am modalen Mineralbestand (NICHT Masse% %!). Bezüglich der Korngröße der noch mikroskopisch identifizierbaren freien Quarzkörner kann eine Minimalgröße von 3-5 µm angegeben werden.

18 Abbildung 24 Mikroskopbild (Durchlicht,, gekreuzte Stellung der Polarisatoren). Helle bis hellgrauee Körner sind Quarz Semiquantitative Bestimmung des Quarz-Gehaltes mittels RDA Aus dem Gestein (Material), an dem der freie Quarzgehalt ermittelt werden soll, wird ein analysefeines Pulver hergestellt, von dem sodann eine RDA R durchgeführt wird. Im Röntgen-Diffraktogramm geben die Intensitäten der einzelnen Peaks in einer polymineralen Probe die Konzentrationen der einzelnen Minerale an.. (Abb. 25) Um ein Röntgen-Diffraktogramm semiquantitativ auswerten zu können, müssen jedoch Abbildung 25 Röntgen-Diffraktogramm einerr Quarz-reichen Probe

19 Standardproben zur Verfügung stehen, mit denen die zu untersuchenden Proben verglichen werden können (als Standardproben zurr Ermittelung des freien Quarzgehaltes sollten zumindest Diffraktogramme von 100% Quarz, 50% Quarz, 25% Quarz und 5% Quarz zur Verfügung stehen; die Genauigkeit hängt u.a. auch von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Standards ab). Probe(n) und Standards müssen unter den gleichen Analysebedingungen aufgenommen worden sein. Der Flächeninhalt (teilweise wird auch die Höhe der Peaks herangezogen) der einzelnenn Quarz-Peaks, im Vergleich zu den Standardproben, ergibt eine semiquantitative Abschätzung des freien Quarzgehaltes. Als Genauigkeit bei Quarz kann etwa ± 1 % angegeben a werden Kalkulierter freier Quarzgehalt (= normativer Quarzgehalt) Eine weitere Möglichkeit den Gehalt ann freiem Quarz in einem Gesteinn abzuschätzen, ist auf der Basis der geochemischen Zusammensetzung (des mit der RFA analysiertem SiO 2 - Gehaltes). Die bekannteste Kalkulation ist die CIPW-Norm Berechnung, die in erster Linie für magmatische und metamorph he Gesteine angewendet wird. Als Voraussetzung für eine derartige Errechnung des normativen Quarzgehaltes ist eine vorherige Identifikation des freien Quarzes mittels Mikroskopie oder Röntgen-Diffraktometrie (RDA) nötig. Abbildung 26 Kalkulierter modaler Mineralbestand (mittels CIPW-Norm) eines Gesteines mit Gew.% SiO 2 Die aufgeführten Möglichkeiten den Quarzgehalt zu bestimmen gehen davon aus, dass der Quarz in kristallinem Zustand vorliegt. Nur dann kann der Quarz in der RDA eindeutig identifiziert werden. Bei kryptokriallinen Varietäten des Quarzes (Chalcedon) ist in den meisten Fällen eine mikroskopische Bestimmungg nicht mehr möglich, da die einzelnen Quarzfasern zu feinkörnig f sind, um diese unter dem Mikroskop, auch bei Verwendung hoher Vergrößerungen (600 bis 1000-fach), noch identifizieren zu können. Auch die Anwendung der RDA ist oft problematisch, da diese Quarzvarietät nur als schlecht kristallisiert vorliegt. In derartigen Fällen ist im i Röntgen-Diffraktogramm

20 kein richtiger Peak mehr zu erkennen. Die Identifikationn derartig kryptokristalliner Quarz-Varietäten ist mittels Raster-Elektronen-Mikroskopie (REM) möglich, eine Quantifizierung ist jedoch schwierig und sicher fehlerhaft. Bei amorphen Varietäten des Quarzes ist eine eindeutige IdentifikatiI ion mit keiner der oben angeführtenn Methode mehr durchführbar. Eine Bestimmung ist daher lediglich mittels REM möglich, eine Quantifizierung nahezu unmöglich. Abbildung 27 Chalcedon in unterschiedlicherr Ausbildung. REM-Aufnahmen. Bildbreite entspricht jeweils etwa 12 µm 3. Die gesetzliche Lage Die Eckdaten der derzeitlichen gesetzlichen Lage bezüglichh des Gefahrenpotentials und der Verwendung von Asbestt und anderen lungengängigen Mineralpart tikel stammen aus: Chemikalien-Verbotsordnung 2003 (Fassung vom , Abschnitt II) inklusive der Änderungen, entsprechen BGBl. II 158/2005, BGBl. II 114/2007, 1 BGBl. II 276/2007 und BGBl. II 361/ /2008; Grenzwerteverordnung 2011 (GKVV 2011, BGBl. II 429/2011), sowie der EU Richtlinie 83/ 477/EWG inklusive der Änderung 2003/18/EG (Schutz der Arbeitnehmer gegen Gefährdungen durch Asbest am Arbeitsplatz) Asbestarten Folgende Mineralarten werden als Asbestarten definiert: Aus der Serpentingruppe: Chrysotil, CAS-Nr Aus der Amphibolgruppe: Aktinolith, CAS-Nr Amosit, CAS-Nr CAS-Nr Anthophyllit, Krokydolith,, CAS-Nr Tremolit, CAS-Nr

21 Die Definition als lungengängige Asbestfaser bezieht sich auf a die WHO: Länge > 5 µm, Breite < 3 µm und ein Längen : Breiten-Verhältnis Kein Arbeitnehmer darf einer Asbestfaserkonzentration inn der Luft von mehr als 0.1 von > 5 : Bedingungen am Arbeitsplatz Faser pro cm 3 (= Fasern proo m 3 ) innerhalb eines Referenzzeitraumes von 8 Stundenn ausgesetzt sein Anwendung von asbesthaltigen Stoffen/Materialien Das Inverkehrsetzen und die Verwendung von natürlichen Rohstoffenn mit einem Gehalt von > 0.1 Masse% an Asbestfasern,, sowie die Herstellung von Stoffen, in denen Asbestfasern absichtlich zugesetzt worden sind, ist seit verboten Messung der Asbestkonzentration Die Asbestkonzentration in der Luft am Arbeitsplatz istt mittels eines Phasenkontrastmikroskopes, eines REM, oder eines anderen Verfahrens, das zu zumindest gleichwertigen oder repräsentativen Ergebnissen n führt, zu messen. 4. Gesundheitsaspektee Aus der signifikant unterschiedlichen Struktur der beiden Asbestmineralarten (Serpentin- und Amphibolasbest) ergeben sich deutlich unterschiedliche Auswirkungen auf die Gesundheit, obwohl der Gesetzgeber in Österreich seit 1999 hier keinen Unterschied mehr sieht. Chrysotil-Asbestfasern (Abb. 28) sindd durch ihre hohe Elastizitätt und ihrer sehr einfachen, homogenen chemischen Zusammensetzung charakterisiert. Kommen derartige Fasern in das Lungengewebe, so können diese sich praktisch nichtt in das Gewebee bohren. Weiters gibt es seit geraumer Zeit einee Reihe von internationalen Publikationen, in denen klargelegt wird, dass Serpentin-A Asbest NICHT als karziogen (krebsfördernd, Krebs verursachend) eingestuft wird! Der Grund G dafür liegt in der Abbildung 28 Serpentinasbestfasern, die biegsam elastisch sind

22 Tatsache, dass das Lungensekret des menschlichen Körpers an Si und Mg untersättigt ist. Befinden sich Serpentin-Asbestfasern in der Lunge, werden diesee im Zeitraum von Monaten aufgelöst (Hume & Rimstidt 1992, Nolan et al. 1997, Dunnigann 2007 etc.). Bei Amphibolasbest handelt es sich um feine Nadeln, die durch eine spröde Eigenschaft und sehr variablen Chemismus gekennzeichnet sind. Gelangen derartige Nädelchen durch Einatmen in das Lungengewebe (Zwerchfell, Bauchfell), so können sich diese sehr wohl festsetzen, in das Zellgewebe bohren. Ein Auflösen dieser Amphibolnadeln, wie vergleichsweise bei Chrysotilfasern, wird einerseits durch die stärkere chemische Bindung in der Amphibolstruktur, andererseits durchh den höheren Fe-Gehalt verhindert, oder zumindestt signifikant verzögert. Daher sind Amphibolasbestfasern sicherlich mit einem weit höheren Gesundheitsrisiko behaftet als Serpentinasbestfasern. Abbildung 29 Spröde Amphibol-Asbestnadelnn Trotz dieser signifikantenn Unterschiede von unterscheidet der Gesetzgeber seit 1999 nicht! Serpentin- und Amphibol-Asbest 5. Kritische Betrachtung Serpentin-Asbest tritt nahezu ausschließlich in meist feinenn Gängchen, in Klüften (Abb. 30) und Störungszonen innerhalb von ultramafischen Gesteinen (Serpentiniten) auf. Amphibol-Asbest ist ebenso überwiegend in feinen Gängchen und Klüften gebunden, jedoch kann sporadisch (Abb. 31) auch in meist schwach metamorphen Gesteinen (vorwiegend Grünschiefer, Amphibolit ten) auftreten. Aus dieser Art des Auftretens geht schon hervor, dass eine Quantifizier rung schwierig ist. Die derzeit zur Verfügung stehende Methode, die in Deutschland d zertifiziert und anerkannt ist,, ist das BIA 7487 (BGIA 7487) Verfahren. Dabei wirdd von einer genommenen Gesteinsprobe, die aufgemahlen wird, 20 mg in Suspension gebracht und davon werdenn auf einer Fläche von mmm 2 Asbestfasern unterr dem REM ausgezählt.

23 Abbildung 30 Gängchen im Serpentinit, die mit Serpentin-Asbest gefüllt sind Abbildung 31 Mikroskopbild (im Durchlich unter gekreuzter Stellung der Polarisatoren). Amphibol- 1.5 mmm Asbestnadeln als Einschlüsse im Plagioklass im Gestein. Bildbreite entspricht etwa Die folgenden Abbildungen sollen die Repräsentanz der Quantifizierung des Asbest- Gehaltes in einem Gestein kritisch betrachten.

24 Steinbruch eines Grünschiefers Mit roten Punktenn markiert sind Stellen, wo wenige Asbestfasern im Gestein nachgewiesen worden sind. Der rot umrandete Bereich kennzeichnet die Stelle, wo eine repräsentative Gesteinsprobe genommen wird.

25 Der Gesteinsprobenahmepunkt herausgezoomt. Die beiden roten Kreuze markieren Stellen, wo akzessorisch Asbestfasern auftreten. Im gelb umrandeten Bereich mit den roten Kreuzen (links) tritt t akzessorisch Asbest auf, der rechte gelb umrandeten Bereich istt asbestfrei.

26 Die aus dem asbesthältigen Bereich (Abbildung oben links) genommene Probe enthält an den mit roten Kreuzen gekennzeichneten Bereichen wenige Asbestfasern (basiert auf umfangreiche mikroskopische Untersuchungen und Analysen mittels REM, SEM). Um eine Quantifizierung der Asbestkonzentration nach dem d BIA 7487 (BGIA 7487) Verfahren vorzunehmen, wird diese etwa 4 kg Gesteinsprobee gebrochen und aufgemahlen. Vom Gesteinspulver werden 20 mg in Suspension gebracht und von den 20 mg werden Partikel auf eine Fläche von mm 2 ausgezählt und die Konzentration von Asbest auf die gesamte Probe interpoliert. Aus s diesem Ergebnis erfolgt die weiteree Schlussfolgerung (die Interpolation) auf den d gesamten Steinbruch! In diesem Zusammenhang sollten auchh die Konsequenzen in i Betrachtt gezogen werden, die aus einer derartigen analytischen Quantifizierung der AsbestkonzA zentration für den Betreiber des anfangs gezeigten Steinbruches resultieren. Wurde in der einen repräsentativen Probe eine Asbestkonzentration > 0.1 Masse% nachgewiesen, wäre, nach der derzeitigen gesetzlichen Lage, der betreffende Steinbruch zu schließen! Der so genannte repräsentative Charakter Quantifizierung ist daher zu hinterfragen! einer derartigen Untersuchung und Die derzeitige gesetzliche Lage bezüglich der Konzentration an kryptokristallinem und/oder amorphem Quarz ist ungewiss. Noch existieren keine rechtlichen Grundlagen. Jedoch soll auch bei diesem Thema hier darauf hingewiesen werden, dass schon eine eindeutige Identifizierung von nicht-kristallinem Quarz auf erhebliche Schwierigkeiten stößt. Identifikation ist nur mittels REM oder SEM möglich. Eine Identifikationn mittels Mikroskopie hängt von der Korngröße derartiger Quarzvarietätenn ab, wobei eine Korngröße von zumindest 3 µm gegeben sein müsste.

27 Abbildung 32 Bläulicher, amorpher Quarz (Opal) im Gestein als Hohlraumfüllung 6. Zusammenfassung ASBEST: Trotz signifikanter mineralogis scher Unterschiede der d Asbestarten (Serpentin- Amphibol-Asbest), macht der Gesetzgeber keinen Unterschied. Die Identifizierung von Asbest ist mittels Mikroskopi ie (> 400-fache Vergrößerung), REM und EMS möglich. Mit der RDA ist die Identifikation der Mineralart möglich, jedoch nicht, ob es sich dabei um Asbest handelt, oder nicht. Beide Asbestarten treten als sehr untergeordnet t akzessorischer Mineralgemengteil im Gestein auf, bevorzugt in feinen Gängchen, Klüften und Störungszonen. Amphibol-Asbest sehr selten auch im Gestein.. Serpentin-Asbest tritt nahezu ausschließlich in ultramafischen Gesteinen auf, während Amphibol- Asbest in mafischen magmatischen Gesteinen undd mafischen, meist schwach metamorphen Gesteinen (Grünschieferr bis Amphibolit) auftreten kann. Serpentin-Asbest ist bei weitem häufiger als Amphibol-Asbest. Eine Quantifizierung des Asbestgehaltes in einem Gestein ist äußerst problematisch. Obwohl es einee analytische Methode gibt (BIAA 7487), erscheint die Repräsentanz des analytischen Ergebnisses bezogen auf eine Gesteinsprobe, und noch viel mehr, bezogenn auf einen gesamten Steinbruchbereich sehr fragwürdigg! Zur Überprüfung eines etwaigen Asbestgehaltes in einem Steinbruch existieren derzeit keinerlei Angaben über Größe der Probe, Anzahl der Proben, sowie Probenahmeintervalll!

28 Amorpher Quarz SiO2 Der Quarz-Gehalt eines Gesteins bezeichnet den Anteil am Mineral Quarz im Gestein. Unter dem SiO 2 -Gehalt wird der Gehalt an Kieselsäure (SiO 2 ) im Gestein verstanden. Bei den als mögliche lungengängige Quarzpartikel zu verstehende Quarzvarietät, handelt es sich in erster Linie um amorphen (nicht kristallisiertem) Quarz. Amorpher Quarz tritt im Gestein akzessorisch, vorwiegend in Hohlräumen, Poren und in feinen Gängchen auf. Die Identifikation von amorphem Quarz im Gestein ist schwierig und ausschließlich mittels Mikroskopie (> 400-fache Vergrößerung), REM und EMS möglich. Eine Quantifizierung von amorphem Quarz ist bei weitem schwieriger und aufwendiger als seine Identifikation. Derzeit existiert kein zertifiziertes Verfahren. Der wesentliche Hintergrund dieser Präsentation ist einen Apell an den Gesetzgeber zu richten: Es wäre wünschenswert beim Thema gesundheitsschädliche Mineralpartikel den mineralogischen Hintergrund zu betrachten und die Konsequenzen in Richtung Realität und Praxis für den (die) Anwender (Betreiber) zu bedenken!