Ressourceneffizienz in der ZiegelindustrieTeil II: Recycling-Ton aus der Buntsandsteinwäsche

1 Geologischer Rahmen und Standort

Im Kieswerk Untschen bei Gera werden stark verwitterte, tonig-kiesige Sandsteine gewonnen und zu Straßenbaustoffen verarbeitet. Bei der Aufbereitung und Mineralwäsche des Gesteins fallen pro Jahr erhebliche Mengen Recycling-Ton in Form von Filterkuchen an. Das Kieswerk befindet sich im Landkreis Altenburger Land in Thüringen und ist über die Autobahn A4 verkehrstechnisch sehr gut angebunden. Geo­logisch liegt der Standort im Ausstrich der östlichen Randplattenzone des Thüringer Beckens. Lithostratigrafisch wird die aufgeschlossene Schichtenfolge dem Basiskonglomerat des Unteren Buntsandsteins zugeordnet. Die Sedimentation erfolgte vor rund 250 Mio. Jahren unter kontinental-ariden Klimabedingungen. An der Wende Kreide/Paläogen vor rund 65 Mio. Jahren waren die Schichten einer intensiven tropisch-subtropischen Verwitterung ausgesetzt. Dadurch wurden die Tonminerale partiell replastifiziert.

2 Mineralogische Zusammensetzung

Der Filterkuchen weist eine gut abgestufte Korngrößenverteilung mit einem durchschnittlichen Feinstkornanteil von d < 2 µm = 36 Masse-% auf. Der Anteil d > 63 µm liegt im Schnitt bei 8 Masse-%. Hinsichtlich der auftretenden Mineral­phasen ist der Filterkuchen durch einen nennenswerten Schichtsilikatanteil mit ∑Tonminerale = 61 Masse-% gekennzeichnet, wobei Illit/Glimmer vor fehlgeordnetem ­Kaolinit und geringen Anteilen an Mixed-Layer-Mineralen dominiert. Muskovitischer Glimmer tritt dabei nicht nur in der Tonfraktion, sondern im gesamten Kornspektrum bis hin zu visuell erkennbaren Hellglimmerschuppen auf. In der ­Reihe der kristallinen Verwitterungsreste dominiert Quarz vor Kalifeldspat. Eisen liegt zum weitaus größten Teil in Form von ­Goethit vor. Akzessorisch wird als sekundäre Neubildung Jarosit nachgewiesen. In Bezug auf die Elementverteilung dominiert ­Siliziumdioxid deutlich vor Aluminiumoxid und Eisenoxid. Das Flussmittelregime wird von Alkalien, speziell vom ­Kalium aus den muskovitischen Glimmermineralen, beherrscht. Der Anteil an organisch gebundenem Kohlenstoff beträgt TOC = 0,25 Masse-%.

3 Keramtechnologische Charakteristik

Der Filterkuchen ist durch eine steifplastische Konsistenz gekennzeichnet und in konventionellen ziegeleitechnischen Aufbereitungsanlagen ideal zu verarbeiten. Er weist mittelplastische Eigenschaften auf und lässt sich gut verpressen. Aufgrund des geringen Anteils an innerkristallin quellfähigen Tonmineralen ist eine erhöhte Sensibilität beim Trocknen und in der Aufheizzone des Ofens nicht zu erwarten. Wegen des hohen Kaliumoxidgehaltes im gesamten Kornspektrum wirkt das Material im Brennprozess sehr reaktiv und beginnt schon früh zu sintern. Dies spiegelt sich in der hohen linearen Brennschwindung und der geringen Wasseraufnahme des gebrannten Scherbens wider. Entsprechend verfügt das Material über eine begrenzte Feuerstandsfestigkeit. Ab Spitzentemperaturen von etwa 1100 °C neigt das Material zur Abgabe von Sauerstoff aus dem Zerfall der Eisenminerale und zum Aufkochen. Aufgrund des hohen Anteils an Goethit resultiert eine intensiv-rote Brennfarbe mit starken Farbeffekten im reduzierenden Brand. Der bevorzugte Einsatz liegt bei der Herstellung von Vormauerziegeln und Klinkern sowie bei der Herstellung von hochwärmedämmenden Hintermauerziegeln. Erfahrungen im Dachziegelbereich liegen bislang nicht vor. Technische Empfehlung: Einsatz als mittelplastischer sinteraktiver Zusatzstoff mit Versatzanteilen zwischen 10 und 30 % in Abhängigkeit von der Spitzentemperatur, der Reaktivität und der Feuerstandsfestigkeit der Masse. Zur Farbintensivierung in rotbrennenden Massen geeignet.

4 Mengenverfügbarkeit und Schlussbemerkungen

Der Filterkuchen wird während der dauerfrostfreien Monate produziert. Die verfügbare Jahresmenge ist von der Menge des aufbereiteten Primärgesteins abhängig und beträgt bis zu 40 000 t. Zur Überbrückung der Wintermonate ist eine Vorratshalde mit rund 20 000 t Filterkuchen vorhanden.

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