mini|Kaolin mini|Kaolin aus der ehemaligen Kaolingrube Geisenheim
Kaolin, auch als Porzellanerde, Porzellanton, weiße Tonerde, China Clay oder in der Apotheke als Bolus alba oder Pfeifenerde bezeichnet, ist ein feines, eisenfreies, weißes Gestein, das als Hauptbestandteil Kaolinit, ein Verwitterungsprodukt des Feldspats, enthält. Weitere Bestandteile sind verschiedene andere Tonminerale und unzersetzte Feldspatteilchen.
Kaolin wird hauptsächlich bei der Herstellung von Papier und zur Bereitung von Porzellan verwendet. Daneben wird Bolus alba unter anderem als Bestandteil mancher Pudergrundlagen verwendet und auch Lebensmitteln zugesetzt (siehe Verwendung).
Der Preis für eine Tonne Kaolin betrug in den Jahren 2006 bis 2012 zwischen 137 und 190 US-Dollar.https://de.statista.com/statistik/daten/studie/246402/umfrage/preisentwicklung-von-kaolin/ Mitteilung der Firma Statista GmbH: Preisentwicklung von Kaolin in den Jahren von 2006 bis 2012, abgerufen am 15. Mai 2020 Im Jahre 2003 wurde ein Verbrauch von 45 Millionen Tonnen durch eine Fördermenge von 45,6 Millionen Tonnen abgedeckt.
2013 wurde mit dem Kaolin erstmals ein Lockergestein Gestein des Jahres. Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie.
Etymologie Das Wort Kaolin () wird von dem chinesischen Ortsnamen Gaoling () abgeleitet. So heißt ein Dorf in der Volksrepublik China im Nordwesten der Provinz Jiangxi, im Kreis Fuliang der bezirksfreien Stadt Jingdezhen. Dort wurde die „weiße Erde“, eben das eingedeutschte Kaolin, gefunden. Das Wort kam im 18. Jahrhundert durch einen französischen Jesuitenpater nach Europa, wo es die bisher üblichen Bezeichnungen „Weißton“ oder „Passauer Erde“ ersetzte.
Vorkommen und Abbau Bereits vor 2000 Jahren wurde ein Vorkommen auf den Äolischen Inseln (Italien) ausgebeutet.
Lagerstätten Es können zwei Arten von Kaolinlagerstätten unterschieden werden:
Primäre Vorkommen Man unterscheidet hydrothermale Lagerstätten von Residuallagerstätten. Granite oder Rhyolite werden vor Ort, also in situ durch Oberflächenwasser, fließendes Grundwasser oder hydrothermale Fluide chemisch verwittert.
Sekundäre Vorkommen Sekundäre Kaoline sind zumeist umgelagerte primäre Kaoline. Am Ort der Entstehung wurden sie erodiert, anschließend transportiert und gemeinsam mit anderem Material in Form von Linsen abgelagert. Manche sekundären Kaolinite entstanden durch hydrothermale Alteration, also chemische Verwitterung durch Grundwasser, von Arkosen. Als Arkose wird ein Sediment mit einem Feldspatanteil von mehr als 25 % bezeichnet.
Weltweite Vorkommen Kaolin kommt in der Natur vergleichsweise selten vor, nennenswerte Lagerstätten befinden sich in Brasilien, in den USA, Deutschland, Frankreich, England, Tschechien, Japan, China, Indien und auf den Philippinen. Die weltweiten gesicherten und wahrscheinlichen Vorräte werden auf 14,2 Milliarden Tonnen berechnet, die weltweite Jahresproduktion betrug im Jahr 2003 45,6 Millionen Tonnen. Ausgehend von diesen Daten reichen die weltweiten Kaolinvorräte theoretisch noch bis ins Jahr 2300.F. Machatschki: Vorräte und Verteilung der mineralischen Rohstoffe, Springer-Verlag 2013, 191 Seiten, Seite 754.
Abbau Hauptabbauländer von Kaolinerde waren im Jahre 2014https://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Min_rohstoffe/Downloads/studie_rohstoffwirtschaftliche_einordnung_2014.pdf?__blob=publicationFile&v=4 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe/M. Drobe, F. Killiches: Vorkommen und Produktion mineralischer Rohstoffe − ein Ländervergleich, Seite 18, abgerufen am 15. Mai 2020 die USA (20,9 %), Deutschland (17,6 %), China (11,5 %) und Brasilien (7,7 %).
Die größten Abbauunternehmen weltweit sind Imerys (F), CADAM/PPSA (Bra), Thiele (USA), BASF (USA), Huber (USA) und die Amberger Kaolinwerke (Deutschland), die mittlerweile unter dem Dach der Quarzwerke Gruppe agieren.
+ Globalen Abbaumengen Land 2019U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2021: CLAYS. 2020U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: CLAYS. (in Tonnen) 1.700.000 1.240.000 5.000.000 6.500.000 3.450.000 3.070.000 5.200.000 870.000 4.000.000 7.600.000 790.000 1.800.000 140.000 120.000 450.000 450.000 1.500.000 1.200.000 1.840.000 1.680.000 4.500.000 5.900.000 5.060.000 4.570.000 Andere Länder 10.700.000 11.400.000 Gesamt 44.300.000 46.400.000
Deutschland, Polen, Tschechien, Ukraine mini|Kaolingrube bei Halle (Saale) mini|Kaolintagebau Gröppendorf, Luftaufnahme (2017)
Hauptabbaugebiete für Kaolin in Deutschland befinden sich bei Hirschau in der Oberpfalz. Im Kaolinrevier in der Hirschau-Schnaittenbacher Senke befindet sich eine der bedeutendsten kontinentalen Kaolin-, Quarzsand- und Feldspatlagerstätten Europas. Die Amberger Kaolinwerke (gegr. 1901), der größte Hersteller des Industrieminerals Kaolin in Deutschland, und die traditionsreiche Firmengruppe Dorfner bauen dort im Tagebau die Roherde ab; zu Porzellan verarbeitet wird es vor allem in den Firmen Seltmann Weiden und Bauscher.
In Lohrheim im Taunus und auch im Westerwald wird vereinzelt Kaolin abgebaut.
Ein weiteres Abbaugebiet liegt im mittelsächsischen Hügelland bei Seilitz und Kemmlitz („Börtewitzer Becken“). Aus dem dortigen Vorkommen wird Kaolin, das über eine kaolinitische Verwitterung von Graniten entstanden ist, für Meißner Porzellan gewonnen. Die Kaolin-Abbaustätte in Seilitz gilt als das „kleinste Bergwerk Europas“. Am 4. Dezember 2023 begann dort der Abbau aus einem neuen Grubenfeld. Bei Hohburg im Leipziger Land wurde von 1901 bis 1965 Kaolin abgebaut (Hohburger Dorfbuch von Manfred Müller).
Aus Gruben im Raum Halle (Saale) bei Salzmünde/Möderau, Etzdorf, Spergau und Rossbach wird Kaolin und weißbrennender Ton durch die Kaolin- und Tonwerke Salzmünde GmbH abgebaut.Kaolin- und Tonwerke Salzmünde GmbH (Hrsg.): 190 Jahre Kaolin- und Tonwerke Salzmünde, Verlag Störr, Usedom, 2008.
Kleine Vorkommen gab oder gibt es noch im Rheingau in der ehemaligen Kaolingrube Geisenheim sowie in Rheinhessen.
Die Quarzwerke GmbH (Amberger Kaolinwerke) betreibt neben dem Werk in Hirschau-Schnaittenbach den Abbau in Kemmlitz (Kemmlitzer Kaolinwerke) sowie in Caminau (Caminauer Kaolinwerk) in der sächsischen Oberlausitz.
Kaolin wird in Polen in Nowogrodziec (Naumburg am Queis, östlich von Görlitz) und in der Ukraine in Gluhivzi (ein Standort der Quarzwerke GmbH Mitteilung der Quarzwerke GmbH zum Standort Gluhivzi, abgerufen am 15. Mai 2020.) abgebaut.
Tschechische Abbaugebiete befinden sich bei Pilsen und Karlsbad. Weitere – meist stillgelegte – Kaolingruben befinden sich um Lieskau und Röblingen am See in Sachsen-Anhalt sowie im Erzgebirge bei Aue.
Abbau in Österreich Die einzigen derzeit bekannten, abbauwürdigen Kaolinvorkommen in Österreich befinden sich in Oberösterreich im Gebiet um Schwertberg. Die Kamig (Österreichische Kaolin- und Montanindustrie Aktiengesellschaft) in Tragwein ist das größte österreichische Förderunternehmen für Kaolin und baut Kaolin in zwei Bergwerken im Tagbau ab.Homepage der Firma Kamig. Abgerufen am 2. Juni 2022. 2004 wurden in zwei niederösterreichischen und einer oberösterreichischen Abbaustätte 80 Personen beschäftigt und 104.986 Tonnen Rohkaolin im Tagbau, im oberösterreichischen Tragwein auch im Grubenbau, gefördert. Dies ergab 16.345 Tonnen Reinkaolin in Tragwein und 5.832 Tonnen Muskovitglimmer in den niederösterreichischen Abbaustätten.
Varietäten Varietäten des Kaolins tragen Bezeichnungen aus dem angelsächsischen Bergbau, die von der weiterverarbeitenden Industrie übernommen wurden:
Ball clays enthalten nur geringe Mengen an weiteren Mineralen beziehungsweise organischem Material. Durch Brennen entstehen weiße Produkte wie Sanitärkeramik, aber auch Fliesen und Kacheln.
Fireclay wird unmittelbar unter Kohleflözen gefunden und hat – abgesehen von höherer Temperaturbeständigkeit – ähnliche Eigenschaften wie „ball clay“.
Abhängig vom Ablagerungsmilieu kann vulkanische Asche in Minerale umgewandelt werden oder bleibt als solche erhalten. Wasser ist notwendig für eine Alteration der Aschen. Wenn das Ablagerungsmilieu sauer ist, zum Beispiel in Kohlesümpfen, in denen organische Säuren aus dem Zerfall von Pflanzen vorkommen, wird die Asche zu Kaolinit umgewandelt. Dieses Gestein wird als „Tonsteins“ bezeichnet. Alte „Tonsteins“, die eine Ausfällungsreaktion durchlaufen haben, sind „fireclays“.
Underclays können Kaolinit enthalten, müssen es aber nicht. Der „underclay“ ist der Bereich unmittelbar unter einem Kohleflöz und war der Boden, auf dem die Pflanzen wuchsen, die heute die Kohle bilden. Wenn „underclay“ als „fireclay“ bezeichnet wird, ist er reich an Kaolinit. Aus „underclay“, „fireclay“ oder „flint clay“ werden feuerfeste Ziegel und Zemente, zum Beispiel für den Formsand in Gießereien hergestellt.
Flint clay ist hart, glatt und bricht muschelig. Er entwickelt keine Plastizität (Bildsamkeit), wenn er mit Wasser versetzt wird, und kann nicht gelöscht werden. „Flint clay“ kristallisiert aus einem Gel mit Kaolinit-Zusammensetzung am Boden von Seen, möglicherweise Karstseen, aus.
Eigenschaften mini|Blick vom Monte Kaolino auf Hirschau + Oxidische Zusammensetzung in ProzentTemple C. Patton: Pigment Handbook Volume 1 Properties and Economics. John Wiley & Sons, London 1973. ISBN 0-471-67123-1. Oxid theoretisch typische Analyse Al2O3 39,50 38,5 SiO2 46,54 45,5 Na2O – 0,1 TiO2 – 1,4 Fe2O3 – 0,3 H2O 13,96 13,7 (ungebrannt)
Kaolinit als Hauptbestandteil von Kaolin ist ein hydratisiertes Aluminiumsilikat. Kaolinit ist damit chemisch gesehen ein Aluminiumsalz der Kieselsäure. Synthetisch wird Kaolinit aus Polykieselsäure und Aluminiumhydroxid unter hydrothermalen Bedingungen hergestellt. Die theoretische Formel ist Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O oder als Summenformel Al2Si2O5(OH)4. Im Color Index wird es unter PigmentWeiß19 und mit seiner chemischen Struktur unter CI 77005 geführt. Es ist ein natürliches, feinkörniges und gut kristallisiertes Tonmineral mit einer „buch“artigen Struktur – ein Schichtsilikat. In jeder dieser „Buchseiten“ wiederholt sich die gleiche Schichtung von oktaedrischen Aluminat- und tetraedrischen Silikatschichten, die über Schichten von Sauerstoffatomen verbunden sind. Durch diese Schichtung ist die Plastizität (Verformbarkeit) zwar gering, aber der chemische Aufbau bringt eine hohe Feuerbeständigkeit und es bildet sich beim Brennen ein fester, dichter Scherben. Zudem führt diese Struktur zu geringen Partikelgrößen.
Kaolin ist ein weißes Pulver mit einer Dichte von 2,58 g/cm³ und das einzige weiße, technisch verfügbare Mineralpigment, das natürlich mit einer Partikelgröße von weniger als 2 µm vorkommt. Der Schmelzpunkt von Kaolin liegt bei etwa 1450 °C. Der Weißgrad der trockenen Reflexion liegt bei 82 % für einen groben Kaolin und bis 87 % für feinen, ein wasserfrei kalzinierter kann auch über 91 % erreichen. Der Brechungsindex beträgt 1,56. Seine Mohssche Härte liegt bei 2,5. Ein feiner Kaolin hat einen kugeläquivalenten Partikeldurchmesser von 0,5 µm und einen Anteil von 90 % Partikeln unter zwei Mikrometer, für ein 325-Maschen-Sieb beträgt der Rückstand weniger als 0,01 %. Einfachere grobe Kaoline haben einen Äquivalentdurchmesser von 3,5 µm und bilden auf dem 325er-Sieb 0,1 % Rückstand, aber auch ein solches hat 40 % der Partikel unter 2 µm.
Der Ölbedarf als Maß der relativen Oberfläche beträgt 32 g/100 g für einen groben Kaolin, 45 g für 100 g feinen und 55 g für 100 g kalzinierten Kaolin.
Verwendung + Verteilung des Kaolinverbrauchs auf einzelne Wirtschaftszweige Branche/Einsatz Anteil amGesamteinsatz Papierbeschichtung 49,7 % Füllstoff im Papier 22,8 % Gummiindustrie 13,2 % Lack- und Kunststoffindustrie 4,5 % Keramikindustriesonstiger „Nichtfüllstoff“ 6,2 % Lebensmittel- und Düngerindustrie 3,2 % Insektizide/Fungizide 0,4 % Neben dem Einsatz als Porzellanerde wird Kaolin vor allem als Füllstoff eingesetzt. Seine Pigmenteigenschaft ist von der Art des Substrats abhängig.
Keramik