Vermiculit

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Hintergrund

Der Begriff Vermiculit bezieht sich auf eine Gruppe von Mineralien, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, sich beim Erhitzen zu langen, wurmartigen Strängen auszudehnen. Dieser Expansionsprozess wird Peeling genannt. Der Name Vermiculit leitet sich aus einer Kombination des lateinischen Wortes vermiculare ab was "Würmer züchten" bedeutet, und das englische Suffix-ite, was Mineral oder Gestein bedeutet. Vermiculit weist in seiner expandierten Form eine sehr geringe Dichte und Wärmeleitfähigkeit auf, was ihn als Bodenverbesserungsmittel, Leichtbauzuschlagstoff und Wärmedämmspachtel attraktiv macht. Expandierter Vermiculit hat auch eine sehr große chemisch aktive Oberfläche, was ihn als Absorptionsmittel in einigen chemischen Prozessen nützlich macht. Wenn Vermiculit zu einem feinen Pulver gemahlen wird, wird es als Füllstoff in Tinten, Farben, Kunststoffen und anderen Materialien verwendet.

Verlauf

Vermiculit und seine einzigartigen Eigenschaften waren bereits 1824 bekannt, als Thomas H. Webb in Worcester, Massachusetts, damit experimentierte. Webb gab dem Mineral seinen fantasievollen Namen, weil er fand, dass die langen Stränge wie eine Ansammlung kleiner Würmer aussahen. Vermiculit galt bis Anfang des 20. Jahrhunderts als nicht viel mehr als eine wissenschaftliche Kuriosität, als nach mehr praktischen Anwendungen gesucht wurde. Der erste kommerzielle Bergbaubetrieb fand 1915 in Colorado statt. Das Material wurde als Wolferasche verkauft, fand aber nicht genügend Abnehmer und das Vorhaben scheiterte. Die erste erfolgreiche Vermiculit-Mine wurde 1923 von der Zonolite Company in Libby, Montana, in Betrieb genommen. Die Mine wurde bis 1990 betrieben.

Der größte Vermiculit-Bergbaubetrieb der Welt befindet sich im Distrikt Phalabowra (manchmal auch Palabora buchstabiert) der Republik Südafrika. Andere Länder, die bedeutende Mengen an Vermiculit produzieren, sind die Vereinigten Staaten, China, Russland, Brasilien, Japan, Simbabwe und Australien.

1999 gab es in den Vereinigten Staaten drei aktive Vermiculit-Bergbaubetriebe, zwei in South Carolina und eine in Virginia, die konzentriertes Vermiculit-Erz an Peeling-Anlagen im ganzen Land lieferten. Neben der Verwendung von konzentriertem Vermiculit aus inländischen Bergbaubetrieben importierten diese Werke auch etwa 77.000 Tonnen (70.000 Tonnen) konzentrierten Vermiculit aus ausländischen Quellen – hauptsächlich aus Südafrika.

Rohstoffe

Technisch umfasst Vermiculit eine große Gruppe von hydratisierten laminaren Magnesium-Aluminium-Eisen-Silikaten, die Glimmer ähneln. Es gibt zwei Schlüssel zu den einzigartigen Eigenschaften von Vermiculit. Der erste ist seine laminare (oder geschichtete) kristalline Struktur, die die aufklappbaren Platten liefert, die das Material linear ausdehnen oder entfalten, wie eine Ziehharmonika. Der zweite Grund ist die Tatsache, dass es eingeschlossenes Wasser enthält, das beim Erhitzen in Dampf verdampft, um die Schichten zu öffnen. Es gibt viele natürlich vorkommende Vermiculitmineralien und -böden, und ihre Identifizierung erfordert oft eine ausgeklügelte wissenschaftliche Analyse.

Eine der häufigsten Formen von Vermiculit ist allgemein als kommerzielles Vermiculit bekannt. Dies ist das Formular, das für verschiedene Endanwendungen abgebaut und verarbeitet wird. Es wird aus Gesteinen gewonnen, die große Kristalle der Mineralien Biotit und eisenhaltiger Phlogopit enthalten. Wenn diese Gesteine ​​der Witterung ausgesetzt sind, beginnen sie sich zu zersetzen, wodurch Wasser eindringen und mit den verschiedenen vorhandenen Chemikalien reagieren kann. Während der Zersetzung und der chemischen Reaktionen wird Vermiculit gebildet.

Eine typische chemische Analyse von handelsüblichem Vermiculit zeigt, dass es 38-46% Siliziumoxid (SiO ₂ ), 16-35% Magnesiumoxid (MgO), 10-16% Aluminiumoxid (Al ₂ O ₃ ), 8-16 % Wasser, plus geringere Mengen verschiedener anderer Chemikalien.

Beim Erhitzen und Blähen von handelsüblichen Vermiculit-Flakes kommt es zu einem Farbumschlag, der von den vorhandenen Chemikalien und der Temperatur des Ofens abhängt. Die resultierenden expandierten Vermiculitkörnchen haben gewöhnlich eine goldbraune Farbe mit einer Schüttdichte von etwa 4-10 lb/cu ft (64-160 kg/m³), abhängig von der Größe der Körnchen.

Der Herstellungsprozess

Das Herstellungsverfahren zur Herstellung von kommerziellem expandiertem Vermiculit besteht aus zwei getrennten Arbeitsgängen. Die Abbau- und Konzentrationsvorgänge, die rohe Vermiculitflocken produzieren, werden an einem Standort durchgeführt. Die Peeling- und Klassifikationsvorgänge, die verschiedene Größen von leichten, expandierten Vermiculit-Granulaten zur Verwendung in anderen Produkten herstellen, werden an einem anderen Ort durchgeführt. Manchmal können diese beiden Orte eine halbe Welt voneinander entfernt sein.

Es gibt viele verschiedene Methoden, die bei diesen beiden Operationen verwendet werden. Die genauen Methoden variieren von Mine zu Mine und Anlage zu Anlage. Hier ist ein typischer Herstellungsprozess, der verwendet wird, um kommerziellen expandierten Vermiculit herzustellen.

Bergbau

• l Vermiculithaltiges Gestein wird aus einem riesigen Tagebau in den Boden gegraben. Der auf den Felsen liegende Boden, Abraum genannt, wird mit Schaufeln oder Erdschabern abgetragen. Anschließend werden die freigelegten Gesteinsschichten mit großen pneumatischen oder hydraulischen Bohrern gebohrt und die Löcher mit Sprengladungen verfüllt. Wenn das gesamte Personal und die gesamte Ausrüstung aus dem Bereich entfernt wurden, werden die Sprengladungen gezündet.
• 2 Die anfallenden Lockergesteinsberge werden mit Schaufelbaggern aufgeschaufelt und in Lastwagen oder Eisenbahnwaggons verladen, die das Gestein zu einer nahegelegenen Aufbereitungsanlage transportieren.

Konzentration

• 3 Die Gesteine ​​werden durch eine Reihe von Brechern und Sieben geleitet, um ihre Größe zu reduzieren. Der Vermiculit wird je nach Bergbaubetrieb und lokalen Umweltvorschriften mit verschiedenen Nass- oder Trockentechniken von den umgebenden Gesteinen und dem Schmutz getrennt. Diese Techniken können Schaumflotation, Schwerkraftseparation, Winnowing oder elektrostatische Separation umfassen. Bei jeder dieser Techniken werden entweder der Vermiculit selbst oder die anderen Materialien eingefangen und voneinander getrennt, bis die resultierenden Vermiculitflocken etwa 90 Gew.-% rein sind.
• 4 Die aus verschiedenen Abschnitten der Mine gewonnenen Vermiculitflocken können vor der Weiterverarbeitung miteinander vermischt werden, um die Einheitlichkeit des Produkts zu gewährleisten.

Benotung

• 5 Die abgetrennten Vermiculitflocken werden nach Größe sortiert. Dies kann mit einer Reihe von Bildschirmen oder in einem langen geschlossenen Windkanal . erfolgen . Im Windkanal werden die Flocken in das stromaufwärtige Ende des Tunnels eingespeist und vom Luftstrom über die Länge des Tunnels getragen. Die größeren Flocken, die schwerer sind, fallen zuerst aus dem Luftstrom und werden in einem Trichter am Boden des Tunnels aufgefangen. Diese Gewichtstrennung setzt sich über die Länge des Tunnels fort, bis alle Flocken in Trichtern aufgefangen sind. Durch Steuern der Länge jeder Trichteröffnung und der Luftgeschwindigkeit können die Flocken in verschiedene Größen oder Qualitäten sortiert werden, die von etwa 0,63 Zoll (16 mm) bis zu etwa 0,02 Zoll (0,8 mm) Durchmesser reichen. Wenn der spezielle Vermiculit, der abgebaut wird, dazu neigt, einen hohen Prozentsatz an großen Flocken zu bilden, können die Flocken leicht zerkleinert werden, um sie zu delaminieren und ihre Größe zu verringern. Dieser Vorgang wird als Debooking bezeichnet und ermöglicht eine schnelle Erwärmung der Flocken während des Peeling-Prozesses.
• 6 Die abgestuften Vermiculitflocken werden in große Plastiktüten oder andere Behälter gekippt, um sie zu verschiedenen Peelings zu transportieren Ein Diagramm, das die Verarbeitung von Vermiculit darstellt. Pflanzen. Sollen die Flocken an Werke in Übersee verschifft werden, werden sie zum Transport als Schüttgut in die Laderäume von Schiffen verladen.

Peeling

• 7 Die Vermiculitflocken werden per LKW oder Bahn vom Hafen oder Bergwerk zur Peelinganlage transportiert, wo sie abgeladen und in einer überdachten Fläche vor Schadstoffen und Witterungseinflüssen geschützt gelagert werden. Wichtig ist, dass die Flocken keine Feuchtigkeit aufnehmen. Andernfalls wird zu viel Energie benötigt, um die Flocken auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen, damit sie sich ausdehnen.
• 8 Die Flocken werden auf ein Förderband geladen und auf die Spitze eines 20-25 Fuß (6,1-7,6 m) hohen vertikalen Ofens gehoben, der mit Keramikziegeln ausgekleidet ist. Wenn die Flocken den Ofen entlang fallen, passieren sie einen oder mehrere Brenner, die mit Erdgas befeuert werden . Die Temperatur im Inneren des Ofens erreicht ungefähr 540-810 °C (1000-1500 °F), was ausreicht, um das in den Flocken eingeschlossene Wasser in Dampf zu verdampfen und die Flocken zu wurmähnlichen Partikeln auszudehnen. Am Boden des Ofens rutschen die Partikel eine schiefe Ebene hinunter. Dies verzögert den Austritt der Partikel aus dem Ofen und ermöglicht eine weitere Erwärmung des Vermiculits, um eine vollständige Expansion zu erreichen. Andere Peeling-Anlagen können andere Ofenkonfigurationen verwenden, aber der allgemeine Arbeitsablauf ist ähnlich.

Klassifizieren

• 9 Die heißen, expandierten Vermiculit-Partikel werden dann durch ein Vakuum in ein vertikales Rohr gezogen. Kleine Steine ​​oder andere feste Verunreinigungen sind zu schwer, um vom sanften Luftstrom nach oben getragen zu werden und fallen aus dem Boden des Rohres heraus. Der Luftstrom kühlt auch das heiße Vermiculit.
• 10 Wenn ein Kunde oder eine Anwendung feine Partikel erfordert, kann der Vermiculit gemahlen und gesiebt werden, um eine bestimmte Größe oder einen bestimmten Größenbereich zu erhalten, bevor er für den Versand verpackt wird. In einigen Peeling-Anlagen können die größeren Partikel je nach Endverwendung auch gesiebt oder in verschiedene Größen sortiert werden.
• 11 Die sortierten oder klassifizierten Vermiculit-Partikel werden dann in Vorratstrichter abgelegt, wo sie in einzelne Papier- oder Plastiktüten von 0,10 bis 0,15 Kubikmeter (4-6 Kubikfuß) für den Einzelhandel abgefüllt oder in größere 50 Kubikmeter gefüllt werden ft (1,3 m³) Beutel für den Einsatz in verschiedenen kommerziellen Anwendungen. Die Beutel werden versiegelt, etikettiert und zum Versand in ein Lager gebracht.

Gesundheitsaspekte

Vermiculit-Erzlagerstätten können auch eine Vielzahl anderer Materialien wie Glimmer, Quarz und Feldspat enthalten. Diese Lagerstätten variieren von einem Bergbaustandort zum anderen. Während des Herstellungsprozesses können einige dieser Materialien potenzielle Gesundheitsgefahren für die Arbeiter darstellen. In den Vereinigten Staaten und vielen anderen Ländern sind diese Gefahren in Materialsicherheitsdatenblättern (MSDS) definiert, die die Gefahren identifizieren und Informationen zur sicheren Handhabung und Entsorgung des Materials enthalten.

Eine der häufigsten Gesundheitsgefahren bei der Verarbeitung von Vermiculit geht von Quarz aus, bei dem es sich um kristallines Siliziumdioxid handelt. Es liegt normalerweise nur als größere Partikel vor, aber wenn es zu feineren Partikeln gemahlen wird, kann der Staub eingeatmet werden und eine Lungenkrankheit namens Silikose verursachen. Daher werden in den Bereichen der Vermiculit-Verarbeitung, in denen die Materialien gemahlen, gesiebt und verpackt werden, strenge Staub- und Personenschutzmaßnahmen eingeführt. Auf Verbraucherebene ist die Exposition gegenüber Quarzstaub vernachlässigbar und stellt keine Gesundheitsgefahr dar.

In einigen Vermiculit-Erzvorkommen können auch bestimmte Mengen an verschiedenen Formen von Asbest vorkommen. Keiner der derzeit von großen Vermiculit-Produzenten verwendeten Erzkörper stellt ein Asbest-Gesundheitsrisiko für Arbeiter dar, wenn das Material in Übereinstimmung mit dem geltenden Sicherheitsdatenblatt verarbeitet wird. Im August 2000 veröffentlichte die Umweltschutzbehörde der Vereinigten Staaten (EPA) einen Bericht über Vermiculit, das als Bodenverbesserungsmittel verkauft wird. In dem Bericht kamen sie zu dem Schluss, dass Asbest keine oder nur geringe Risiken für Verbraucher darstellt.

Die Zukunft

Obwohl es mehrere andere Materialien gibt, die als Ersatz für Vermiculit verwendet werden können, macht Vermiculit seine extrem niedrige Dichte und Wärmeleitfähigkeit weiterhin für viele Anwendungen attraktiv. Im Jahr 1999 wurde geschätzt, dass es weltweit ungefähr 55 Millionen Tonnen (50 Millionen Tonnen) Vermiculit-Reserven gab.