Bedingungen, Prozesse und Stoffdynamik der Bildung tertiärer kaolinitischer Tonlagerstätten in Sachsen und Sachsen-Anhalt und deren Auswirkungen auf die anwendungstechnischen Eigenschaften der Rohstoffe

In der Lausitz in Sachsen und im Geiseltal bei Halle in Sachsen-Anhalt befinden sich zahlreiche Vorkommen kaolinitischer Tone. Sie sind das feinkörnige terrestrische Umlagerungsprodukt einer mächtigen oberkretazisch-tertiären kaolinitischen Verwitterungskruste, die sich über den Basementgesteinen der Region entwickelte. Im Hangenden der in-situ-Kaoline entstanden Bodenhorizonte, die ähnlich wie rezente Acrisole und Alisole ausgebildet waren. Subrosion bzw. epirogenetische Bewegungen führten zu einer weitgehenden Erosion der kaolinitischen Verwitterungskruste vom Eozän bis zum Miozän und zur Sedimentation der kaolinitischen Tone in tertiären Becken. Die Tone gelangten in Bereichen geringer Strömungsenergie in Flüssen und Seen zur Ablagerung. Ziel der Untersuchung war es, die Bedingungen, die Prozesse und die stoffliche Dynamik der Tonlagerstättenbildung zu ermitteln und deren Auswirkungen auf die anwendungstechnischen Eigenschaften der Rohstoffe abzuschätzen. In der Oberlausitz wurden die Granodiorit-Kaoline der Lagerstätten Caminau und Wiesa sowie die Tone der Lagerstätten Wiesa, Wetro und Guttau systematisch beprobt. In der Region Merseburg-Weißenfels erfolgte die Probenahme in der Buntsandstein-Kaolinlagerstätte Spergau und der Tonlagerstätte Roßbach. Insgesamt wurden 43 Kaolin- und 122 Tonproben entnommen. Die Proben wurden chemisch und mineralogisch analysiert und die Kristallinität und die Einlagerungsfehlordnung der Kaolinite der Fraktion <2 µm bestimmt. Die Kaoline und Tone bestehen überwiegend aus Kaolinit und Quarz sowie unterschiedlichen Anteilen an Illit/Muskovit, Smektit und Mixed-Layer-Mineralen. Akzessorisch treten Zirkon, Anatas, Pyrit, Fe-Oxide und SEE-Phosphate auf. Auf Grundlage älterer Untersuchungen konnten durch den Vergleich der mineralogischen und chemischen Zusammensetzung die Tone Kaolinen spezifischer Ausgangsgesteine zugeordnet werden. Durch die Kenntnis des Ursprungs des klastischen Materials der Tone konnte die qualitative und quantitative An- und Abreicherung der Komponenten untersucht und unterschiedliche Prozesse der Tonlagerstättenbildung voneinander abgegrenzt werden. Die qualitative Zusammensetzung der Tone beruht auf Prozessen der Verwitterung und der Bodenbildung. Sie regulierten die Art, die Menge und die Ausbildung der umgelagerten anorganischen und organischen Komponenten. Die Erosion, der Transport und die Sedimentation bewirkten eine Differenzierung der Komponenten der kaolinitischen Verwitterungskruste nach Kornform und -größe, Agglomerationsverhalten und Dichte im sedimentären Umfeld und bestimmten die quantitative Zusammensetzung der Tone. Durch die Klassierung von Quarz, Zirkon und eines Teils der Schwerminerale erfolgte die Anreicherung der durch Kaolinit dominierten Tonminerale der Kaoline und von Pflanzenresten der Bodenhorizonte in den korrelaten Sedimenten. Eine qualitative Änderung der Zusammensetzung kann nur durch Mischung mit Material einer weiteren Quelle erfolgen. Mit zunehmender sedimentärer Überdeckung durch Torfmoore wurden die Tone im Zuge der frühen Diagenese kompaktiert und die organische Substanz zu Weichbraunkohle umgewandelt. An Oxide gebundene Metalle wurden unter reduzierenden diagenetischen Bedingungen freigesetzt und sulfidisch im Tonsediment wieder fixiert. Die Kristallinität der Kaolinite der Fraktion <2 µm der Kaoline und Tone ist nahezu identisch, die Einlagerungsfehlordnung ist hingegen sehr unterschiedlich. Es ist zu vermuten, dass sich in den Tonen Anteile sehr feinkörniger einlagerungsfehlgeordneter Kaolinite der Bodenhorizonte befinden. Die Bezeichnung von kaolinitischen Tonen als „umgelagerte oder sekundäre Kaoline“ im Sinne eines kurzstreckigen Massentransports ist aufgrund ihrer Genese nicht zutreffend. Die anwendungstechnischen Eigenschaften (Formgebungs-, Trocknungs- und Brenneigenschaften) der Tone können nicht auf das Ausgangsgestein der Kaolinisierung zurückgeführt werden, sondern sie sind im Wesentlichen von der Intensität der Verwitterung des Ausgangsgesteins und der Effektivität des hydraulischen Klassierungsprozesses abhängig. Aus Kaolinen unterschiedlicher Ausgangsgesteine können gleichartig mineralogisch zusammengesetzte kaolinitische Tone entstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass die feuerfesten Tone beispielsweise zahlreiche feinkörnige einlagerungsfehlgeordnete Kaolinite der Bodenhorizonte enthalten. Qualitativ und quantitativ wirkende Bildungsprozesse sind für diese Tone von etwa gleichrangiger Bedeutung. Die Zusammensetzung keramischer Tone ist überwiegend auf qualitativ wirkende Bildungsprozesse zurückzuführen. Zu beachten sind sekundäre Prozesse in Bezug auf die Zu- und Abfuhr beispielsweise färbender Komponenten. Kaolinitische Tone sind das Produkt einer komplexen Prozesskette. Die Kenntnis der an der Tongenese beteiligten Prozesse kann zu einer optimierten Prospektion und Exploration, einem verbesserten Qualitätsmanagement und einer gezielteren Verwendung der Tone beitragen.

Author dc:creator

• Schmitz, Martin

Advisor dc:contributor.advisor

• Germann, Klaus

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-20355
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1981

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2278