Applied mineralogy and non-metallic resources I

Technische Mineralogie und nichtmetallische Rohstoffe: Nutzung und Umweltaspekte I
651-4097-00L Herbstsemester 2009
Applied mineralogy and non-metallic resources I
Angewandte Mineralogie und nichtmetallische
Rohstoffe – Nutzung und Umweltaspekte I
17. Sept.: Einführung «Angewandte Mineralogie»
... eine rohstoffpolitische Presseschau
Entwicklung, Marktlage, Umweltaspekte, Ethik
24. Sept.: Kohlenstoff; Diamant, Graphit, Fullerene
1. Okt.:
Aluminium und Fluor (Christoph Bühler)
Rainer Kündig, Christoph Bühler, Heinz Surbeck
Schweizerische Geotechnische Kommission
ETH-Zürich, NO F35
8092 Zürich
•
www.sgtk.ch
Es sind drei Kohlenstoff-Modifikationen bekannt:
Graphit
Diamant
Fullerene
Kohlenstoffnanoröhren
- Zylindrisch angeordnete Kohlenstoffatome.
- Planare Schicht Graphit, zu einem Zylinder aufgerollt.
Graphen
- Planare, wellige Schicht; Graphit-artig, nur eine Atomlage «dick»
Drei ?
Kohlenstoffnanoschaum
- zufällig orientierte, netzartige Anordnung von
Kohlenstoff-Clustern
- Durchmesser der Cluster 6-9 nm
Kohlenstoff-Fasern
Russ
1
Kohlenstoff (Graphit vs. Diamant): Eigenschaften
Vorkommen & Herstellung von Graphit
Natürlicher Graphit
•
•
•
•
•
China
Indien
Brasilien
Mexiko
Korea
Abbau: 600‘000 Tonnen pro Jahr
Künstlicher Graphit
Wird durch Pyrolyse von
Kohle und Erdöl
gewonnen.
(Pyrolyse = Erhitzen unter Luftausschluss)
Produktion: Mehrere Mio. Tonnen/Jahr
2
Verwendung des Graphits
Schmiermittel
(pulverförmig)
Bremsbeläge
Elektroden
feuerfeste
Tiegel
Feuerfestkeramik
Bleistiftminen
z.B. Aluminiumherstellung
Anodenabbrand pro Tonne
Aluminium -> 470 Kg !
3
Die Geschichte der Graphitlagerstätte Kropfmühl (Deutschland)
1870
1877
1916
1956
1965
1966
1971
1980
1985
1993
1997
1998
1999
Beginn Graphitabbau in Kropfmühl bei Passau, Bayern
Patent über ein 'Verfahren zur Reinigung von Graphit'
Umwandlung in eine Aktiengesellschaft.
Einsatz moderner Verfahrenstechnik zur Herstellung hoher Reinheitsgrade (bis 99,98%)
Rohstoffsicherung durch Joint Venture (50%) in Simbabwe
Zweigwerk in Wedel bei Hamburg zur Abwicklung - Lagern / Mischen – von importierten Rohstoffen
Erwerb einer Beteiligung (50%) an der Richard Anton KG, München - aktiv in der Aufbereitung und
Veredelung von Kohlenstoffträgern
Erwerb der Edelgraphit GmbH, Bad Godesberg, einem Hersteller von Schmier- und Trennmitteln auf
Graphitbasis
Erweiterung und Optimierung der Graphitveredelung im Werk Kropfmühl
Erweiterung und Modernisierung der Feinmahlungsanlage im Werk Kropfmühl
ISO 9001 - Zertifizierung der Werke Kropfmühl und Wedel
Gang an die Börse im Dezember 1997, Geregelter Markt Frankfurt
Erwerb einer Beteiligung (30%) an der Mutual Sources Ltd., Hongkong
Erwerb der RW silicium GmbH, Pocking/Niederbayern, einziger deutscher Hersteller vom
hochwertigem Silicium
Erwerb einer Beteiligung (20%) an der Bogala Mine, Sri Lanka
Erwerb einer Beteiligung (75%) an der Maziva Tyn, Tschechien – einem Hersteller von
hochgereinigten Graphiten sowie Schmier- und Trennmitteln auf Graphitbasis
Erwerb von Branwell Graphite Ltd. England (100%) - einem langjährig erfahrenen Anbieter von
synthetischen und natürlichen Graphiten 2000 Mehrheitliche (70%) Übernahme der Mutual Sources
Ltd., Hong Kong (100%)
Sicherung weiterer Rohstoffquellen in China durch das Joint Venture (80%) Qingdao Kropfmühl
Graphite Co. Ltd. Mehrheitliche (70%) Übernahme der Bogola Mine in Sri Lanka zur
Rohstoffsicherung
Flockengraphit
(natürlich)
REM-Aufnahme von
synthetischem Graphit
in 3000-facher
Vergrösserung.
4
Bläh-Graphit (–> Interkalation von Fremdmolekülen)
Bläh-Graphit
Expansion bei Hitzeeinwirkung
Startpunkt und Blähvolumen
steuerbar, bereits ab 150°C,
Volumenvergrösserung x100-fach
steuerbar mit Interkalationsmittel
(Schwefel-, Stickstoff-Verbindungen)
5
Wert von Diamanten:
Edelstein:
Bestimmt durch die vier grossen «C»
Carat – Cut – Color – Clarity
Industrie:
aussergewöhnliche technische Eigenschaften
Korrelation Preis <––> Verbrauch von Wertstoffen, Rohstoffen und Edelsteinen
Quelle: Precious Metals
and Gems.
Bandbreite (Verlauf) = allgemeiner Trend zwischen zunehmendem Preis und abnehmendem Verbrauch.
–> Industriediamant liegt genau im Trend, Diamant in Edelsteinqualität ist nur leicht erhöht!
6
1 Karat = ?
0.205 g
Big Player im Diamanten-Business... (Quelle: Rio Tinto, Diamonds Annual Review 2008
7
Diamant
Die Struktur des Diamanten
CCCCC
CCCCC
C
109 °
Im Diamantgitter werden alle vier Valenzelektronen
des Kohlenstoffs für kovalente Bindungen verwendet.
Die vier Bindungen ordnen sich dabei tetraedrisch.
Im Gegensatz zu Graphit (hexagonal) ist Diamant kubisch.
–> kubisch dichteste Kugelpackung –> Härte!
8
9
Sägeblätter, Diamantseil-Säge
Einige Verwendungszwecke von Diamanten
Glasschneider
Chip-Beschichtung
Diamant
Bohrmaschinen
Schmuck
10
Diamant-Rush
1867:
erste Funde durch Kinder beim Spielen -> Folge: Diamant-Rush (bis 30‘000 Diamantsucher)
1880/81
Gründung von De Beers Mining und Kimberley Central Diamond -> 1888 Fusion zu De Beers
1955
synthetische Herstellung von Diamant (General Electric, ASEA)
heute
heute kontrolliert De Beers Consolidated Mining rund 70% des Diamanthandels weltweit.
–> weltweit sind bis heute rund 300 Tonnen Diamant aus dem Boden geholt worden!
(ca. 1.4 Mia. Karat; ca. 8 Mia. Dollar Umsatz pro Jahr!)
Cullinan (Januar 1905, Premier Mine Transvaal, 3022 Karat)
11
Quelle: info (Nagra), Nr. 26, Mai 2008
12
Industriediamanten
Carbonado
Schweizer Strahler, November, 4/2007
Diamant: primär in Kimberlit
Diamant: sekundär in Konglomerat und
Sedimenten (alt) und Seifen (jung)
13
Kimberley Mine, RSA
Kimberlit: Mg-reiches vulkanisches Gestein aus dem Erdmantel
Südafrika + Kanada
Kanada, Snap Lake
Quelle: E.I. Erlich & W.D. Hausel (2002): Diamond Deposits, 374 p.
14
Neue Vorkommen von Weltbedeutung in Kanada Bsp. Ekati Mine
1993–1998 wurden in Kanada 744 Mio. $ in die Diamant-Exploration gesteckt
–> 15–20% der der Gesamtausgaben für die Rohstoffexploration!
15
Diavik Diamond Mine (NW Kanada)
Estimated reserves: 29.8 million tonnes at
3.2 carats/tonne (diluted)
Three ore bodies named A154 South, A154
North, and A418
Ore production: approximately 2 million
tonnes annually
Annual diamond production: peaks at
approximately 8 million carats
Mine Life: estimated 16 to 22 years
Project capital cost: nearly C$1.3 billion
Total employment: approximately 700
workers
Annual mine purchasing: over C$200
million
Start of diamond production: January 2003
http://www.diavik.ca
http://www.diavik.ca/videos.htm
16
Industriediamanten
Formen, Werkzeuge
17