Moderne Rohstoffe für die Ziegelindustrie – Teil 3: Glimmerschiefer aus dem Andalusit-Glimmerfels-Steinbruch Schelmberg

1. Geologischer Rahmen und Standort

Andalusit-Glimmerfelse sind kontaktmetamorphe texturfreie Gesteine. Mineralogisch bestehen sie hauptsächlich aus Glimmer, Quarz und Feldspat. Akzessorisch tritt das metamorphe Mineral Andalusit auf. Andalusit-Glimmerfelse bilden sich, wenn saure magmatische Schmelzen in Tonschieferschichtfolgen intrudieren.

Im Steinbruch Schelmberg bei Kirchberg werden seit 1999 Gesteinskörnungen aus Andalusit-Glimmerfels hergestellt und zu hochwertigen Zuschlagstoffen für die Asphalt- und Betonindustrie sowie für den Straßenbau verarbeitet (»1). Bei der Entfüllerung der Gesteinskörnungen entsteht ein feinteiliger Sekundärrohstoff, der die Eigenschaften eines fein aufbereiteten Tonschiefers aufweist. Betrieben wird der Steinbruch von der Steinbruch Schelmberg GmbH & Co. KG, einer Tochter der Hartsteinwerke Vogtland GmbH & Co. KG. Der nahe der Autobahn A72 gelegene Steinbruch verfügt über eine genehmigte Abbaufläche von 7,3 ha, die auf 27,3 ha erweiterbar ist.

Geologisch befindet sich der Steinbruch in der saxothuringischen Zone der Varisziden, speziell im Bereich der rund 1,5 km breiten Kontaktzone des Kirchbergers Granitplutons. An der Wende vom Unterkarbon zum Oberkarbon vor rund 325 bis 318 Mio. Jahren intrudierte hier der Kirchberger Granit in ordovizische Phyllite und kambrische Tonschiefer (»2).

2. Mineralogisch-chemische Zusammensetzung

Der Mineralbestand der abgetrennten Feinanteile des Andalusit-Glimmerfels spiegelt erwartungsgemäß nur reliktisch die mineralogische Zusammensetzung des Ausgangsgesteins wider. Hier wirken sich besonders die mechanische Aufbereitung und Entfüllerung aus. Dabei werden bevorzugt die leichten und feinkörnigen Bestandteile im abgetrennten Glimmerschiefer aufkonzentriert, der im Vergleich zu den gröberen Gesteinskörnungen weniger Schwerminerale enthält.

Der Glimmerschiefer Schelmberg weist einen Sand- und Schluffkorn-dominierten Kornaufbau ohne nennenswerten Feinstkornanteil auf. Der Siebrückstand d > 63 µm liegt im Schnitt bei 54 Masse-%. Die Korngrößenverteilung des Materials entspricht damit gemäß DIN 4022 einem Sand-Schluff-Gemisch (»3). Eine Besonderheit des Glimmerschiefers ist es, dass es sich bei den meisten Körnern um Gesteinsbruchstücke von eng miteinander verzahnten Mineralaggregaten mit regelosem Gefüge handelt. Der Begriff Sand ist also nicht gleichbedeutend mit dem Mineral Quarz, sondern ausschließlich im Sinne eines Korngrößenintervalls von 0,06 mm bis 2,0 mm zu verstehen.

Mineralogisch ist das Material durch einen signifikanten Anteil an Phyllosilikaten (71 Masse-%), speziell an kalium- und aluminiumreichen Dreischichtsilikaten der Glimmergruppe charakterisiert. Durch die feste Bindung der Kaliumionen an die negativ geladenen Basisflächen der Tetraederschichten wird die Expansion des Kristallgitters mit innerkristalliner Quellung weitgehend unterbunden. Mengenmäßig stellen Illit und Glimmer die dominierenden Phasen dar; gefolgt von geringen Anteilen an Chlorit und fehlgeordnetem Kaolinit. In der Reihe der Tektosilikate tritt wenig Quarz vor Na-Plagioklas auf. Akzessorisch werden Goethit, Hämatit und Andalusit nachgewiesen. Andalusit hat mit 1 Masse-% keinen Einfluss auf die keramtechnologischen Eigenschaften. Störende Mineralphasen wie Karbonate, Sulfide oder Sulfate sind nicht nachweisbar (»Tabelle 1).

Chemisch dominieren Silizium und Aluminium deutlich vor allen übrigen Elementen. Der Anteil an Aluminium ist mit 22,04 Masse-% vergleichsweise hoch. Als Flussmittel sind Eisen und Kalium bei höheren Temperaturen eigenschaftsprägend. Der hohe Kaliumgehalt resultiert mineralogisch aus den Illiten und den Glimmern. Der Anteil an organisch gebundenem Kohlstoff ist sehr gering und beträgt im Mittel etwa 0,07 Masse-%. In Kombination mit dem gleichzeitigen Fehlen von Karbonaten resultiert beim keramischen Brand nur eine minimale CO₂-Emission von 0,26 Masse-% (»Tabelle 2).

3. Keramtechnologische Charakteristik

Das Material weist die Eigenschaften eines fein aufbereiteten Schiefers auf und ist frei von jeglichen störenden Bestandteilen. Der Glimmerschiefer muss nicht mehr energieintensiv zerkleinert, sondern nur noch homogen mit den übrigen Massekomponenten gemischt werden. Das Material enthält keine quellfähigen Tonminerale und ist somit unproblematisch beim Trocknen und Aufheizen. Die Brennschwindung ist in den unteren Temperaturintervallen negativ bis moderat. Erst oberhalb von 1.050 Grad C treten erkennbare Brennschwindungen auf, um bei 1.150 Grad C mit 4,8 % Brennschwindung Klinkereigenschaften zu erreichen. Bis 1.200 Grad C ist der Glimmerschiefer noch formstabil und neigt nicht zum Aufblähen (»Tabelle 3). Die Brennfarben variieren in Abhängigkeit von der Brenntemperatur von hellrot bis braun in oxidierender Atmosphäre (»4).

Das hier beschriebene Material ist als quarzarmes Trocknungs- und Magerungsmittel universell in der Ziegelindustrie einsetzbar, wobei der prädestinierte Einsatz im Bereich Vormauerziegel, Klinker und Pflasterklinker gesehen wird. Geeignet für die Substitution von Quarzsanden und traditionellen Schiefertonen. Auch prädestiniert um die CO₂-Emissionen beim Brennen zu senken. 

4. Mengenverfügbarkeit und Schlussbemerkungen

Nach der Abtrennung in der Entfüllerungsanlage kann der Glimmerschiefer gezielt angefeuchtet und bis zur Abholung zwischengelagert werden (»5). Damit ist auch während der Winterpause die Liefersicherheit gewährleistet. Die langfristig verfügbare Jahresmenge beträgt derzeit noch etwa 10.000 – 15.000 Tonnen. Die angegebenen Daten stellen orientierende Richtwerte dar und können in der üblichen Art und Weise natürlichen Schwankungen unterliegen. Jegliche Haftung oder Garantie für die Aktualität, Richtigkeit und Vollständigkeit ist ausgeschlossen. Alle Informationen sind unverbindlich.