Industrieminerale. Beispiele für Anwendungsbereiche für Industrieminerale, Steine und Erden:

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1 Industrieminerale Beispiele für Anwendungsbereiche für Industrieminerale, Steine und Erden: Baurohstoffe: Aggregate, Zement, Bindemittel Rohstoffe für Glas, Keramik, Feuerfestkeramik, Pigmente, Glasuren, Trübemittel (Opacifier) Metallurgie: Flussmittel, Härter, Legierungskomponenten, Gießereisande, Pelletierung Kosmetik/Medizin: Trägermaterial, Detergentien, Reiniger, adsorbierende Materialien Landwirtschaft: Düngemittel, Bodenverbesserer (chemisch, physikalisch), Isolierung: thermisch, akustisch, elektrisch Papier, Kunststoff, Gummi etc: Füllstoffe, Oberflächenveredler, Pigmente Wasseraufbereitung: Filtermedien, chemische Zusätze, Flockungsmaterial Getränkeindustrie: Entfärber, Filtermedien, Flockungsstoffe Tierhaltung: Futtermittelzusätze, Geruchsabsorber Ferner als Katalysatoren, Batterierohstoffe, Schleif- und Poliermittel, Brand-Verzögerer, Gleit-/Reibungsmittel, Verdicker, Pyrotechnik etc. SS 2012, 14. Std.,

2 Anwendungsbeispiele von Industriemineralen/Steine und Erden: Batterien: Antimon, Graphit, Lithium, Mangan, SEE Feuer-Verzögerer (fire retardent): Antimon (Oxid oder Halogen-Verbindung), Borate, ATH (Aluminium-Tri-Hydrat), Asbest, Brom-Verbindungen, Diatomit, Chromit, Magnesit, Perlit, Phosphate, Vermiculit, Bims Trübungsmittel (opacifier): Rutil (synthetisches TiO2 aus nat. Rutil, Ilmenit), Zirkon Pigmente: Verbindungen von Ti (TiO2), Cr, Fe (Fe-Oxide), Farberden (Umbra, Sienna) Filtermedien: Anthrazit, Aktivkohle, Diatomit, Granat, Magnetit, Perlit, Quarzsand, Ilmenit, Bims Isolierung: Asbest, Diatomit, Perlit, Vermiculit, Zeolithe, Wollastonit, Bims Friction material: Asbest, Baryt, Bauxit, Alumina, Tone, Granat, Graphit, Glimmer, Gips, Pyrophyllit, Quarz, Vermiculit, Wollastonit, Zirkon, Bims Tierfutter und Ergänzungen: Attapulgit/Sepiolit, Bentonit, Perlit, Talk, Vermiculit, Zeolite, Dolomit, Kalziumkarbonat, Talk Adsorbentien: Bentonit, Attapulgit/Sepiolit, Diatomit, Gips, Zeolite Trägermaterialien: Attapulgit/Sepiolit, Bentonit, Diatomit, Kaolin, Torf, Talk, Pyrophyllit, Vermiculit, Zeolite, Bims Verdicker und Gel-Bildner: Attapulgit/Sepiolit, Bentonit Füllstoffe:, Baryt, Kalziumkarbonat, Diatomit, Feldspat, Kaolin, Glimmer, Nephelinsyenit, Perlit, Talk, Pyrophyllit, mikrokristalliner Quarz, Wollastonit Glas: Baryt, Strontiumkarbonat, Feldspat, Quarz, Kaolin, Nephelin-Syenit, Li-Minerale, Borate Beschwerstoffe: Baryt, Cölestin, Hämatit, Ilmenit, Eisenerz Schleif- und Poliermittel: Bauxit, Korund, Diamant, Diatomit, Feldspat, Granat, Magnetit, Hämatit, Nephelinsyenit, Olivin, Perlit, Bims, Quarzsand, Staurolith, Tripel, Ilmenit, Diamant Refraktärmaterial: Bauxit, Andalusit/Sillimanit/Disthen, Chromit, Dolomit, Graphit, Magnesit, Olivin, Pyrophyllit, refraktäre Tone, Quarz, Zirkon Pelletisierer: Bentonit Öl-Reiniger: Bentonit, aktivierter Bauxit, Magnesium-Silikate Legierungen: Be, P (Phosphorbronze), Cr, Mn, Sb Reiniger und Detergentien: Borate, Phosphate, Na-Silikat, Zeolite Chemie und Sanitär: Brom, Chlor und Jod-Verbindungen

3 Fortsetzung Anwendungsbeispiele: Aggregate: Kalkstein, Basalt, Chert, Diabas, Granit, Gneis, Quarzit, Sandstein, Sand und Kies, Schiefer, etc. Ferrit-Magnete: Sr, Ba, SEE (z.b. Nd-Fe-B-Magnete) Pyrotechnik: Sr (Cölestin), Lithium (Li-Minerale), Barium (Schwerspat) Gießerei-Sande: Chromit, Quarz, Olivin, Zirkon Wärme- und Schall-Isolierung: Steinwolle, exfoliated Vermiculit, expanded perlite Keramik: Aplit, Kaolin, Feldspat, Nephelinsyenit, Lithiumminerale, Dolomit, Quarz, Wollastonit Flussmittel: Flussspat, Borate, dolomitischer Kalkstein, Ilmenit, Olivin Gleitmittel: Glimmer, Graphit, Talk Foundry/Gießerei: Kaolin, Bauxit, Aluminiumoxid, Chromit, Olivin, Perlit, Pyrophyllit, Quarzsand, Vermiculit, Zirkon Bodenverbesserer: Kaolin, Bentonit, Torf, Diatomit, Gips, Perlit, Vermiculit, Zeolite Anti-Blockierungsmaterial: calcinierter Kaolin, Diatomit, Talk Fertilizer: Olivin, Dolomit, Magnesit, Gips, Phosphat Leichtbaustoffe: Perlit, expanded clays, Bims, Tuff, Zeolite, expanded shale, Vermiculit Kosmetik und Pharmazie: Kalziumkarbonat, Talk, Magnesit, Zeolite Zementindustrie: Kalkstein, Ton, Quarz, Fe-Oxid, Gips

4 Erkundung von Industriemineralen Generelle Verfahren Spezielle Untersuchungen Beispiele

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7 Salar de Atacama: Verteilung der Li-Konzentrationen in salinarem Wasser; gegenwärtig werden etwa 70% der Welt-Lithium-Produktion aus Salinaren gewonnen. aus Carr (ed.),1996: Industrial Minerals and Rocks

8 Aus Harben.P.: The Industrrial Minerals Handybook, 2nd. ed., Industrial Minerals Information Ltd., 1995

9 Handelsqualitäten für Li-Konzentrate; Aus Harben.P.: The Industrrial Minerals Handybook, 2nd. ed., Industrial Minerals Information Ltd., 1995

10 Aus Harben.P.: The Industrrial Minerals Handybook, 2nd. ed., Industrial Minerals Information Ltd., 1995

11 Baryt Qualitätsanforderungen an Schwerspat- Konzentrate für verschiedene Anwendungs - bereiche; Aus Harben.P.: The Industrrial Minerals Handybook, 2nd. ed., Industrial Minerals Information Ltd., 1995

12 Industrielle Anwendungsbereiche für Granat; aus Harben.P.: The Industrrial Minerals Handybook, 2nd. ed., Industrial Minerals Information Ltd., 1995

13 Korngrößenspektrum für verschiedene Anwendungsbereiche von Granat und chemische Restriktionen; aus Harben.P.: The Industrrial Minerals Handybook, 2nd. ed., Industrial Minerals Information Ltd., 1995

14 Chemismus ausschlaggebend (Beispiele): Antimon aus Antimonglanz: Crude oxide ore: 98% Sb2O3; commercial grade: % Sb2O3; Chemische Industrie (ore concentrate): <0.25% As+Pb; Metall: max. 0.05% As, 0.1% S, 0.15% Pb, 0.05% andere. Chromitit: Prospektion für podiforme Chromitite: boulder trains in Ultramafititen (Dunite, Lherzolite, Harzburgite), Bohrungen; eventuell Tektonik für Fortsetzung, falls tektonisch begrenzt ; keine Geochemie, keine Geophysik. Mineralogisch wichtig: Korngröße, Silikat-Bestandteile; Magnetit- Ränder, Alteration Chemisch: Gehalt an Cr 2 O 3, MgO, Al 2 O 3, FeO, Cr/Fe im reinen Chromit (Qualität: chemisch, metallurgisch, feuerfest). Dazu SiO 2, CaO, TiO 2, V 2 O 5 im Erz, eventuell PGE.

15 Beryllium: Beryll (Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 aus Pegmatiten (Kleinbergbau, Klaubung/ handsorting) aus Qz-Gängen mit Wolframit, Zinnstein, Molybdänglanz; aus rhyolithischen Tuffen (Spor Mountains/Utah) als Bertrandit (Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2 ); silikatische Beryllminerale aus Skarn (Russland) Prospektion: SE-Pegmatite (Be-Typ hauptsächlich; grobe Kristalle), bei feinkörnigen Vorkommen: Nachweis mit Beryllometer (radioaktives 124 Sb ergibt Neutronen aus Be); Tuffe mit geochemischer Prospektion; Bohrungen. Chemisch: Na und K können den BeO-Gehalt von 14% auf 9 % erniedrigen (verminderte Qualität und damit niedrigerer Preis); da Be-Metall aus Lösung gewonnen wird: kaum Verunreinigungen.

16 Bauxit: Erkundung: Ground penetrating Radar zur Bestimmung des Overburdens; ansonsten Bohrungen im weiten Raster. Bestimmung: Typ des Al-Minerals, Art und Menge der anderen Minerale (Qz, Kaolinit, Hämatit, Goethit, Ti-Oxide); Chemical grade: Al 2 O 3 -Gehalt (min. 45%), SiO 2, Fe 2 O 3 und Ti- Oxide (können durch magnetische Separation getrennt werden), Alkalien und Erdalkalien; Al 2 O 3 /SiO 2 (>10:1) und Al 2 O 3 /Fe 2 O 3 (2:1) für Al-reichen Zement, Diaspor (Al 2 O 3.H 2 O) bevorzugt) Al 2 O 3 /Fe 2 O 3 100:1 (ideal, 23:1 normal), min. 55% Al 2 O 3, 5-10% SiO 2 ; Gibbsit (Al 2 O 3.3H 2 O) bevorzugt für chemical grade Bauxit Metallurg. Grade: 50-55% Al 2 O 3, 5-30% Fe 2 O 3, bis 5% SiO 2 Refractory grade: >83 % Al 2 O 3, < 2.6% Fe 2 O 3, <7.6% SiO 2, keine Alkalien und Erdalkalien, keine Schwermetalle

17 Flussspat Prospektion mineralogisch: chemisch stabil, also als Schwermineral in Böden (residual oder eluvial nahe Vorkommen, nicht oder wenig in Flusssedimenten (Spaltbarkeit!); keine Geophysik; eventuell F-Gehalte in Wasser (auch Brunnen), in Böden, Bachsedimenten, wenig erfolgreich. Eventuell Elemente aus begleitenden Mineralen mit Geochemie (Ba, Pb, Zn, Cu, As). Mineralogisch: keine speziellen Untersuchungen, meist sehr reines Mineral; Untersuchung der Aufbereitungsprodukte auf Trennung von anderen Mineralen (Schwerspat, Karbonate, Sulfide) Chemisch: Aufbereitungsprodukte für Qualitätsanforderungen: Säurespat: min 97% CaF 2, <1.50% SiO 2, % S als Sulfid, < 10ppm As, ppm P, Grenzen für Cd, Pb, Be, CaCO 3. Keramisch: 85-96% CaF 2, <2.5-3% SiO 2, 0.12% Fe 2 O 3, Grenzen für Calcit, Spuren von Pb-, Zn-Sulfid Metallurgisch: 80% CaF 2, max. 15% SiO 2.

18 Bentonit Genese: Umwandlung glasiger Tuffe und Aschen dacitischer bis rhyolithischer Zusammensetzung im marinen Ablagerungsmilieu (aber auch in nichtmarinem) in u.u. weiter Entfernung zum Vulkanismus. Alter meist Jura bis Pleistozän. Oft lang aushaltende Lagen im m- bis 10m Bereich (bis etwa 2 m im Bayerischen Raum), aber auch lateral geringe Ausdehnung möglich. Mineralogisch: Anteil Smektite dominierend, dazu (möglichst wenig) Kaolinit, Illit, andere Minerale (aus Verwitterung von Tuffen). Smektite meist als Montmorillonit. Varietäten mit Kationen Na + (wichtigster Typ), K +, Ca 2+, Mg 2+, H +. Bayerische Bentonite: meist Ca-Varietät, in Ober- Miozän-Molasse Eigenschaften Herausragend: Adsorptionsfähigkeit und Ionenaustauschfähigkeit (zwischen Tetraederschichten), Plastizität, Quellfähigkeit, thixotropes Verhalten.

19 Prospektion/Exploration auf Bentonit: Mineralisationsmodell: Fazies-Untersuchungen: marines Milieu, Bereich der Feinablagerungen, ruhige Ablagerungsbedingungen, zeitgleicher regionaler dacitischer bis rhyolitischer Vulkanismus; junge Ablagerungen (Kreide und Tertiär bevorzugt); bei bereits bekanntem Vorkommen: stratigraphische Einordnung und Suche nach gleicher Schichtenfolge in regionalem Rahmen; Berücksichtigung der Paläomorphologie; Erkundung durch Bohrungen: Mächtigkeit, laterale Ausdehnung; mineralogische Zusammensetzung und Chemismus der Tonminerale, Qualität des Bentonits (z.b. Anteil anderer Minerale). Kartographische Darstellung der Felduntersuchungen und der Laborergebnisse: Mächtigkeit, Qualitätsverteilung, Mächtigkeit der Deckschichten. Reservenberechnung für verschiedene Qualitäten, Abbaukosten, Transportbedingungen, Entfernung zur Aufbereitung, Umweltauflagen (Kosten für Rehabilitierung der Abbaufläche)

20 Verwendung: Als Bleicherden: hohe Adsorptionsfähigkeit gefordert, erzielbar oder verbesserbar durch Säurebehandlung, sog. saure Aktivierung: Entfernung von Verunreinigungen, Veränderungen im Gitteraufbau und Kationenbestand, dadurch Erhöhung der spezifischen Oberfläche, der Adsorptionskraft; verwendet zur Reinigung und Entfärbung von Ölen, Fetten, Wachsen; Schönung von Bier, Wein, Säften; Katalysatorträger; Regenerierungsmittel. Als Bentonit: hochquellfähige und hochplastische Bentonite durch Behandlung mit Sodalösung: Erdalkalien gegen Alkalien ausgetauscht, auch organisch aktivierte Bentonite (Alkyl-Amin-Kation, hydrophob); Verwendung als Tiefbohrspülung (Eigenschaften in Suspension, Viskosität; Nasssiebung: Korngrößen unter 200 mesh), Stützflüssigkeiten im Tiefbau; Pelettierung von Erzen und Futtermitteln; in Lacken, Farben, Fetten; Gießereisande zur Formgebung (Formsandbinder); org. aktiviert: Verdicker und Antiabsetzmittel in Farben, Lacken, Schmierfetten, Klebstoffen.

21 Allg. mineralogische und technische Untersuchungen: Mineralogie des Rohstoffes und des Produktes, Chemismus, Partikelgröße und Partikelform der Tonmineral -Fraktion, wichtig für Bestimmung der Verwendbarkeit, Struktur und Chemie des rohen Bentonites und der Produkte. Na-Smektite (starke Quellfähigkeit); Ca- Smektite (quellen kaum), Kationenaustausch zur Verbesserung. Methoden: optische, XRD, SEM, TEM, IR-Spektroskopie, DTA und chemische Analysentechniken Dazu Bestimmung von: spezifischer Oberfläche, Oberflächenchemie, Korngrößenverteilung, Untersuchung der unerwünschten Mineralanteile Speziallabors zur Untersuchung und für Anwendungstests.