5. Dez.: Nichtmetallische Rohstoffe, Steine & Erden (RK, FS)

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1 Rohstoffe der Erde: Herbstsemester 2012 Rohstoffe der Erde! 5. Dez.: Nichtmetallische Rohstoffe, Steine & Erden (RK, FS) Bindemittelindustrie (Zementindustrie, Kalkindustrie) Ziegelindustrie Technologien, Umweltaspekte, UVP-Verfahren 12. Dez.: Nichtmetallische Rohstoffe, Steine & Erden, Baustoffe (RK) Festgesteine: Natursteine, Bausteine; gebrochene Festgesteine (Schotter) Lockergesteine (Sand und Kies) Recyclingmaterialien 19. Dez.: Industriemineralien und nachhaltige Nutzung von Rohstoffen der Erde (FS) Asbest und Titan: Geologie, Eigenschaften, Verwendung, Umwelt- und Gesundheitsaspekte. Rehabilitation von Abbaugebieten, Lagerung von Reststoffen (Tailings, Abraum), Sanierung von Altlasten früheren Bergbaus Dr. Rainer Kündig Schweizerische Geotechnische Kommission ETH-Zentrum 8902 Zürich Mineralische Rohstoffe: > Definition - Wirtschaftliche Bedeutung Feste, flüssige und gasförmige Minerale und Mineralgemische, die in bergbaulichen Betrieben, Fördereinrichtungen oder Hüttenwerken gewonnen werden. Materialien, die sich im Laufe der Erdgeschichte durch geologische Prozesse bildeten (Anreicherung bestimmter Stoffe) und sich in geologischen Zeiträumen (Jahrmillionen) erneuern. Erze: für Metallgewinnung. Sulfide, Elemente, Karbonate, Oxide, Silikate Energierohstoffe: Kohle, Erdöl, Erdgas, Ölschiefer, Teersand Industriemineralien: (monomineralisch) z.b. Asbest, Glimmer, Graphit, Quarz, Kaolin, Schwefel, Pyrit, Fluorit, Talk, Baryt, Phosphat, Magnesit Steine und Erden: (polymineralisch, Fest- und Lockergesteine) z.b. Basalt, Bauxit, Sandstein, Tone, Mergel, Talk > Bodenschätze

2 Kalziumkarbonat Verwendung Zement Kalkmergel (75-90% CaCO3) und Mergel (40-75% CaCO3) sind die wichtigsten Zementrohstoffe. Zemente sind hydraulische Bindemittel verschiedenster Zusammensetzung.

3 Ausschnitt aus: Geologischer Atlas der Schweiz, Blatt 106, Walensee! Bindemittelindustrie (Zement, Kalk) Zement = Mischung aus Klinker und Gips! Klinker besteht aus den 4 Hauptkomponenten Kalziumoxid CaO Siliziumoxid SiO 2 Kalk + Mergel (Ton)! Aluminiumoxid Al 2 O 3 Eisenoxid Fe 2 O 3!

4 Zementherstellung! 9 : 3 : 1 : 0.5!

5 Zementherstellung: Brennprozess, Klinkerminerale! Bindemittel Zement: Abbinden mit Wasser -> Hydratation!... Beton!

6 Kalk & Kalziumkarbonat Verbrauch, Anwendungen Quelle: The Industrial Mineral HandyBook, 4th Edition, 2002 Kalziumkarbonat industrielle Anwendungen Marktanteile / Segmente Quelle: Calciumcarbonate, F.W. Tegethoff (Hrsg.), 2001 Source: USGS, 2000

7 Kalziumkarbonat Eigenschaften Filler (Füllstoffe): funktionale Eigenschaften GCC S-PCC R-PCC Kaolin Talc GCC Kaolin Talk ISO-Weisse [%] Brechungsindex ph-wert Abrasion [mg] Ao-Energie [J/m 2 ] Quelle: Calciumcarbonat, F.W. Tegethoff, 2001 common fillers; SEM pictures a) GCC b) S-PCC (s = scalenohedral) c) R-PCC (r = rhombohedral) d) Kaolin e) Talc GCC (Ground Calcium Carbonate) PCC (Precipitated Calcium Carbonate) Kalziumkarbonat Verwendung Papierindustrie: Füllstoffe und Pigmente unbehandelte Papier-Ao gestrichene Papier-Ao Quelle: Calciumcarbonat, F.W. Tegethoff (Hrsg.), 2001

8 Kalziumkarbonat Anwendung in der Landwirtschaft Quelle: Calciumcarbonat (F.W. Tegethoff, Hrsg), Birkääuser, 2001 Klassierung/Korngrössenverteilung CH/D, USA 20 Mikrometer 2 Mikrometer Tonfraktion 0.2 Mikrometer

9 Tongesteine: Entstehung; Verwitterung, Umlagerung, Transport, Sedimentation Tongesteine: Entstehung; in situ Umwandlung/Verwitterung (China Clay, Cornwall) Tone - Farbe reduzierende Bedingungen -> Fe(II) > blau, grau, grün oxidierende Bedingungen > Fe(III) > gelb, rot organische Verbindungen > rosarot, violett, bläulich etc.

10 Besondere Eigenschaften von Tonen / Tonmineralen: Wasserbindungsvermögen Adsorptionsfähigkeit gegenüber Organika und Anorganika Ionenaustausch Quellung... plastisch verformbar feucht, seifenartige Konsistenz Abdichtungsvermögen nicht Newton sches Fliessverhalten Thixotropie..... Tonminerale: besondere Eigenschaften Stabilität (Bindung) in Abhängigkeit vom Mineralgehalt Änderung der Plastizität durch Kationenaustausch Änderung der Viskosität bei Scherspannung Zerfall der Schichten durch geeignete Reagenzien Quelle: Jasmund, K. & Lagaly, G. (1993): Tonminerale und Tone

11 Tone: Anwendungen Bentonit (Verwendung) Quelle: The Industrial Minerals HandyBook, 4th Edition, 2002

12 Abbaustandorte für Ziegeleirohstoffe Rohmaterialabbau und Mischung Aufbereitung und Homogenisation Lagerung (Sumpfen, Mauken) Verpressung + Formgebung Trocknung h Engobierung Brennen ca C, h Haltezeit 8 h Lagerung + Spedition