Vermiculit

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Vermiculit
Datei:Vermiculite-362652.jpg
Glimmerartiger, tafeliger Vermiculit aus Paakkila, Tuusniemi, Ost-Finnland (Sichtfeld ca. 1,5 cm  ×1,5 cm)
Allgemeines und Klassifikation
Andere Namen

VERMICULITE (INCI)[1]

Chemische Formel
  • Mg0,7(Mg,Fe,Al)6(Si,Al)8O20(OH)4·8H2O[2]
  • (Mg0,5,Ca0,5,Na,K)0,7(Mg,Fe,Al)3[(OH)2|(Al,Si)2Si2O10]·4H2O
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Silikate und Germanate – Schichtsilikate (Phyllosilikate)
System-Nr. nach Strunz
und nach Dana 		9.EC.50 (8. Auflage: VIII/H.21)
71.02.02d.03
Kristallographische Daten
Kristallsystem monoklin
Kristallklasse; Symbol monoklin-prismatisch; 2/m[3]
(nach Schoenflies: C2h)
Raumgruppe C2/c (Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15[4]
Gitterparameter a = 5,35 Å; b = 9,26 Å; c = 28,89 Å
β = 97,1°[4]
Formeleinheiten Z = 4[4]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 1,5 bis 2
Dichte (g/cm3) gemessen: 2,2 bis 2,6; berechnet: 2,26[5]
Spaltbarkeit vollkommen nach {001}[5]
Bruch; Tenazität uneben
Farbe farblos, grauweiß, gelbbraun, graugrün, grün
Strichfarbe grünlich-weiß
Transparenz durchscheinend bis undurchsichtig
Glanz Fettglanz, manchmal erdig
Kristalloptik
Brechungsindizes nα = 1,525 bis 1,561[6]
nβ = 1,545 bis 1,581[6]
nγ = 1,545 bis 1,581[6]
Doppelbrechung δ = 0,020[6]
Optischer Charakter zweiachsig negativ
Pleochroismus farblos-gelbgrün bis braungrün-gelbgrün bis braungrün[3]

Das Mineral Vermiculit ist ein eher selten vorkommendes Schichtsilikat aus der Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ mit der allgemeinen chemischen Zusammensetzung (Mg0,5,Ca0,5,Na,K)0,7(Mg,Fe,Al)3[(OH)2|(Al,Si)2Si2O10]·4H2O [7] oder etwas vereinfacht Mg0,7(Mg,Fe,Al)6(Si,Al)8O20(OH)4·8H2O[2]. Die in Klammern angegebenen Elemente können sich jeweils gegenseitig vertreten, stehen jedoch immer im selben Mengenverhältnis zu den anderen Bestandteilen des Minerals (Substitution).

Vermiculit kristallisiert im monoklinen Kristallsystem und entwickelt ausschließlich blättrige, schuppige oder massige Aggregate, die entweder farblos sind oder durch Fremdbeimengungen grauweiß, gelbbraun, graugrün bzw. grün eingefärbt sein können.

Vermiculit gehört zu den Tonmineralen, die durch ihre Ionenaustauschfähigkeit maßgeblich zur Bodenfruchtbarkeit beitragen. Sie ähneln sowohl strukturell als auch von der Erscheinungsform den Glimmermineralen und bilden wie diese flockige Kristalle.

Etymologie und Geschichte

Erstmals entdeckt wurde Vermiculit bei Millbury im Worcester County des US-Bundesstaates Massachusetts und beschrieben 1824 durch Thomas H. Webb. Aufgrund der Eigenschaft des Minerals, sich beim Erhitzen auf 200 bis 300 °C in Richtung der kristallographischen c-Achse zu wurmförmigen Gebilden aufzublähen, benannte Webb es nach dem lateinischen Wort vermiculor für „Wurmbrüter“[8] (auch vermis für „Wurm“[9] oder vermiculus für „Würmchen“[10]). Anlässlich des 195. Jubiläums seiner Entdeckung und aufgrund seiner großen Bedeutung als Industriemineral wurde Vermiculit 2019 zum „Mineral des Jahres“ in Österreich gewählt.[11]

Klassifikation

Bereits in der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Vermiculit zur Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ und dort zur Abteilung der „Schichtsilikate (Phyllosilikate)“, wo er zwar zur großen Familie der „Tonminerale“ gehört, aber dennoch für sich allein die eigenständige Gruppe VIII/H.21 bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Vermiculit ebenfalls in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Schichtsilikate (Phyllosilikate)“ ein. Diese Abteilung ist allerdings weiter unterteilt nach der inneren Struktur der Schichten, so dass das Mineral entsprechend seinem Aufbau in der Unterabteilung der „Schichtsilikate (Phyllosilikate) mit Glimmertafeln, zusammengesetzt aus tetraedrischen oder oktaedrischen Netzen“ zu finden ist, wo es zusammen mit Tibiscumit die unbenannte Gruppe 9.EC.50 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Vermiculit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung der „Schichtsilikatminerale“ ein. Hier ist er zusammen mit Hydrobiotit, Illit und Brammallit in der „Glimmergruppe (Hydroglimmer-Untergruppe)“ mit der System-Nr. 71.02.02d innerhalb der Unterabteilung „Schichtsilikate: Schichten von sechsgliedrigen Ringen mit 2:1-Lagen“ zu finden.

Kristallstruktur

Vermiculit kristallisiert monoklin in der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 mit den Gitterparametern a = 5,35 Å; b = 9,26 Å; c = 28,89 Å und β = 97,1° sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[4]

Strukturell lässt sich Vermiculit als di- und trioktaedrisches 2:1-Schichtsilikat beschreiben:

Jeweils zwei Lagen tetraedrisch koordinierter Kationen bilden mit einer dazwischenliegenden Lage oktaedrisch koordinierter Kationen eine solche 2:1-Silikatschicht. In trioktaedrischen Vermiculiten findet man in der Oktaederlage hauptsächlich Magnesiumionen, die für eine fast vollständige Besetzung der oktaedrisch koordinierten Kationenplätze sorgen. Die Tetraederlage besitzt ein Si4+:Al3+-Verhältnis von 1:2 bis 1:3. Durch diesen isomorphen Ersatz in den Tetraederlagen (Al3+ für Si4+) ergibt sich eine negative Überschussladung der Silikatschicht, die durch isomorphen Ersatz in den Oktaederlagen (z. B. Fe3+ für Mg2+) verringert werden kann.

In der Summe tragen Vermiculite eine negative Überschussladung von 1,2 bis 1,8 Elementarladungen pro Elementarzelle. Diese negative Überschussladung wird durch hydratisierte Kationen in der Zwischenschicht ausgeglichen. Abhängig von der Art des Zwischenschichtions und der chemischen Zusammensetzung der 2:1-Silikatschicht und abhängig von Wasserdampfpartialdruck und der Temperatur der das Mineral umgebenden Atmosphäre, befinden sich unterschiedlich große Wassermengen in der Zwischenschicht der Vermiculite.

Die Wassermenge und der entsprechende Basisebenenabstand d001 variieren in Abhängigkeit von Wasserdampfpartialdruck und Temperatur nicht kontinuierlich, sondern es sind diskrete Hydratationszustände mit scharfen Übergängen dieser Zustände zu beobachten. Mit zunehmender Temperatur oder abnehmendem Wasserdampfpartialdruck gehen die Vermiculite stufenweise in Hydratationszustände mit immer weniger Zwischenschichtwasser und damit kleineren d001-Basisebenenabständen über.

Modifikationen und Varietäten

Als Batavit wird eine eisenarme Varietät von Vermiculit bezeichnet.[7]

Bildung und Fundorte

Die bedeutendsten Vermiculit-Lagerstätten werden hauptsächlich hydrothermal oder durch Verwitterung von Phlogopit/Biotit, Chlorit und Pyroxen in basischen bis ultrabasischen Gesteinen gebildet. Natürliche dioktaedrische Vermiculite sind außer in der Tonfraktion von Böden, aus denen sie jedoch nicht rein abgetrennt werden können, bisher allerdings nicht gefunden worden.

Als eher seltene Mineralbildung kann Vermiculit an verschiedenen Fundorten zum Teil reichlich vorhanden sein, insgesamt ist er aber wenig verbreitet. Als bekannt gelten derzeit (Stand 2014) rund 550 Fundorte.[12] Neben seiner Typlokalität Millbury und dem nahe gelegenen Steinbruch Ballard bei Worcester trat das Mineral in Massachusetts noch bei Tyringham im Berkshire County, in der Pyrit-Mine Davis bei Rowe im Franklin County und der Asbest-Mine bei Pelham im Hampshire County auf.

Weitere Fundorte liegen unter anderem in Australien, Brasilien, China, Deutschland, Frankreich, Kanada, Madagaskar, Österreich, Russland, der Schweiz und in weiteren Bundesstaaten der USA.[13] Südafrika und China sind die führenden Hersteller bei grobkörnigem „Premium“-Vermiculit (über 5 mm Partikelgröße), während es beim feinkörnigen Vermiculit die USA und Brasilien sind. Da beim feinkörnigen Vermiculit seit Jahren ein Überangebot und somit niedrige Preise bestehen, arbeiten viele Firmen daran grobkörnigen Vermiculit durch feinkörnigen zu ersetzen.[14] Die globale Jahresproduktion von Vermiculit wird auf ungefähr 400.000 Tonnen geschätzt. Einen Überblick gibt die folgende Tabelle:

Globaler Abbau von Vermiculit[15]
Land 2016 2017 2018 2019 2020
(in Tonnen)
ArgentinienArgentinien Argentinien1e 60 0 0 0 0
Brasilien Brasilien1e 53.330 50.050 56.708 47.581 58.821
China VolksrepublikVolksrepublik China Volksrepublik China2n 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000
Indien Indien1e 9.042 6.054 2.992 2.774 1.260
IranIran Iran1a 1.000 0 0 0 0
Kenia Kenia2n 100 0 0 100 0
MexikoMexiko Mexiko1e 310 464 244 148 104
RusslandRussland Russland1e 20.000 14.400 25.904 29.237 28.442
Sudafrika Südafrika1e 166.483 166.084 141.346 158.013 118.223
Turkei Türkei1e 1.050 1.618 18.183 1.370 19.230
Uganda Uganda1e 3.295 4.119 10.413 9.674 14.170
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten1e 100.000 100.000 100.000 100.000 100.000
Simbabwe Simbabwe1e 29.312 23.302 33.161 25.524 26.388
Gesamt 433.982 416.091 438.951 424.421 416.638
1 berichtete Zahl
2 geschätzte Zahl
a aus Fragebogen
e aus nationaler Statistik
n aus anderen Quellen (z. B. Geschäftsberichte)

Verwendung

Vermiculit wird industriell unter anderem in Katzenstreu, zur Produktion von Karnevalsartikeln (Feuerwerkskörper) sowie in geringem Umfang in Hautpflegeprodukten eingesetzt.[16]

Zur Verwendung in verschiedenen Bereichen, in denen es auf Saugfähigkeit und gute Wärmedämmung ankommt, wird Vermiculit durch trockenes Erhitzen vorbehandelt. Bei Temperaturen zwischen 700 und 1000 °C wird das enthaltene Kristallwasser verdampft und drückt dabei die Kristallblättchen auseinander. Das Volumen und die Saugfähigkeit steigen deutlich an, während die Schüttdichte abnimmt. Dieses Material wird in der Industrie als expandiertes Vermiculite bezeichnet.[17]

Vermiculit wird zudem in der Gemüsebranche als Deckmaterial von Setzlingen nach der Saat verwendet. Es ist leicht und hat die Fähigkeit, Licht zu reflektieren und Feuchtigkeit zu speichern. Dies verhindert eine übermäßige Erwärmung der Setzlinge und sorgt für ausgeglichenere Substratfeuchtigkeit.

Auch bei der Reptilienzucht und Reptilienhaltung, bei der die konstante Luftfeuchtigkeit im Terrarium, den Wet-Boxen und im Inkubator lebensnotwendig für die Tiere sind, wird häufig Vermiculit benutzt, da es überschüssige Feuchtigkeit, auch aus der Luft, aufnimmt, und bei Bedarf wieder abgibt. In Verbindung mit Eisenpulver, Wasser, Cellulose (oder Polypropylen), Salz und Aktivkohle wird Vermiculit zu Handwärmern verarbeitet. Beim Auspacken des Handwärmers (wenn also Luft an das Päckchen gelangt) wird ein extrem schneller Oxidationsprozess (in diesem Fall das Rosten des Eisens) ausgelöst. Das Salz dient dabei als Katalysator und die Aktivkohle hilft, die Wärme gleichmäßig im Handwärmer zu verteilen. Vermiculit fungiert als Isolator und Cellulose (oder PP) unterstützt die Verteilung der Luft zwischen den Bestandteilen, falls man die Handwärmer in feuchter Umgebung verwendet. Die dabei entstehenden Temperaturen erreichen bis zu 75 °C (ca. 180 °F). Die Wärme wird je nach Außentemperatur eine bis zwanzig Stunden gehalten. Diese Art Handwärmer sind jedoch nicht wiederverwendbar. Sie werden über den normalen Hausmüll entsorgt, weil sie nicht umweltschädlich sind.

Da Vermiculit – auch nach dem Expandieren – unbrennbar, aber in gewissem Maße saugfähig ist, wird er oftmals zur Verpackung flüssigen Gefahrgutes eingesetzt. Zum Beispiel werden in Glasflaschen abgefüllte Gefahrstoffe in Kartons oder Blechdosen gepackt und der Zwischenraum zwischen Glas und Umverpackung vollständig mit Vermiculit ausgefüllt. Auf diese Weise werden einerseits eventuell auslaufende Chemikalien absorbiert, andererseits wird schon im Vorfeld Glasbruch vermieden, da die umgebende Vermiculit-Schicht auch gut vor mechanischen Stößen gegen die Verpackung schützt. Abfallsammler verwenden für die sichere Sammlung und Lagerung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren ebenfalls gerne Vermiculit als Füllstoff.[18]

Wärmedämmung und Brandschutz

Da Vermiculit porös und feuerbeständig, im Gegensatz zu Asbest aber nicht lungenschädlich ist, findet es bei der Schall- und Wärmedämmung sowie im Brandschutz Anwendung.

Aus Vermiculit und Zement lässt sich ein thermisch gut isolierender und temperaturbeständiger Beton (Vermiculitbeton) herstellen.[19]

Vermiculit findet aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit (λ = 0,06…0,07 W/(m·K)) als Wärmedämmplatte oder nichtbrennbarer Plattenwerkstoff (A1 bzw. A2 nach DIN 4102) im Schiffsinnenausbau und auch im Hochbau seine Verwendung. Weltweit wird dieses Produkt unter den Markennamen „Fipro“, „Miprotec“, „bro-TECT“, „Vermilite 2000“ und „Thermax“ angeboten.

Da Vermiculit einen hohen Schmelzpunkt hat (1315 °C)[20], elektrisch nicht leitend ist und beim Gefrieren keine Schichtung auftritt, wird es als Kernmaterial bei Infrarotheizungen verwendet.

Als preiswerter Ersatz für Schamottesteine werden Platten aus Vermiculit zur Auskleidung der Brennkammer von Kaminöfen eingesetzt. Da sie eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Schamotte besitzen, können höhere Verbrennungstemperaturen erreicht werden. Von Nachteil ist, dass Vermiculit weniger abriebfest ist und die Wärme schlechter speichert.[21]

Siehe auch

Literatur

  • Thomas H. Webb: New localities of tourmalines and talc. In: American Journal of Science and Arts. Band 7, 1824, S. 55–55 (englisch, rruff.info [PDF; 149 kB; abgerufen am 14. Juni 2019]).
  • Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 7., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. Springer, Berlin [u. a.] 2005, ISBN 3-540-23812-3, S. 108.
  • Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie (= Dörfler Natur). Edition Dörfler im Nebel-Verlag, Eggolsheim 2002, ISBN 978-3-89555-076-8, S. 255.

Weblinks

Commons: Vermiculit – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ Eintrag zu VERMICULITE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 17. September 2021.
  2. ↑ a b Malcolm Back, William D. Birch, Michel Blondieau und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: March 2019. (PDF 1703 kB) In: cnmnc.main.jp. IMA/CNMNC, Marco Pasero, März 2019, abgerufen am 20. Mai 2019 (englisch).
  3. ↑ a b David Barthelmy: Vermiculite Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 14. Juni 2019 (englisch).
  4. ↑ a b c Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 672 (englisch).
  5. ↑ a b Vermiculite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org [PDF; 81 kB; abgerufen am 14. Juni 2018]).
  6. ↑ a b c d Vermiculite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 14. Juni 2019 (englisch).
  7. ↑ a b Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
  8. ↑ Thomas H. Webb: New localities of tourmalines and talc. In: American Journal of Science and Arts. Band 7, 1824, S. 55–55 (englisch, [1] [PDF; 149 kB; abgerufen am 14. Juni 2019]).
  9. ↑ Karl Hartmann: Beschreibung und Zerlegung mehrerer neuer Mineralien. 37) Vermiculit. In: Otto Linné Erdmann, Franz Wilhelm Schweigger-Seidel (Hrsg.): Journal für praktische Chemie. Band 8. Verlag von Johann Ambrosius Barth, Leipzig 1836, S. 505 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 14. Juni 2019]).
  10. ↑ Hans Lüschen: Die Namen der Steine. Das Mineralreich im Spiegel der Sprache. 2. Auflage. Ott Verlag, Thun 1979, ISBN 3-7225-6265-1, S. 339.
  11. ↑ Mineral des Jahres in Österreich. In: www.mineraldesjahres.at. Abgerufen am 3. Oktober 2019.
  12. ↑ Localities for Vermiculite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 14. Juni 2019 (englisch).
  13. ↑ Fundortliste für Vermiculit beim Mineralienatlas und bei Mindat
  14. ↑ U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: VERMICULITE.
  15. ↑ Vermiculite. Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus World Mining Data 2022, Seiten 146–147, abgerufen am 1. September 2022.
  16. ↑ Eintrag zu Vermiculite in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 17. September 2021
  17. ↑ Produktbeschreibung Vermiculite. In: vermiculite.de. Isola Vermiculite, abgerufen am 14. Juni 2019.
  18. ↑ (Richard Feischl, Albert Brix, Franz Schneeflock, Markus Fellner, Alexander Dippelreiter): Merkblatt Brandschutzanforderungen an die Lagerung von Lithium Ionen Batterien in Altstoffsammelzentren. (PDF) In: www.noe122.at. Niederösterreichischer Landesfeuerwehrverband, abgerufen am 14. Juni 2019.
  19. ↑ Armin Petzold, Manfred Röhrs: Beton für hohe Temperaturen. Beton-Verlag, Düsseldorf 1965, DNB 453751849, S. 173.
  20. ↑ Vermiculit / Vermiculite. In: www.klein-daemmstoffe.de. Klein Dämmstoffe, abgerufen am 14. Juni 2019.
  21. ↑ Schamotte oder Vermiculite: Was ist besser?, Cerberus Kaminhaus Gmbh, 2020. In: Kaminofen.de. Abgerufen im September 2020
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