Vermiculit – Entstehung, Lagerstättentypen und Verwendung

Vermiculit, ein expandierbares Schichtsilikat, entsteht aus magnesiumreichem Ausgangsmaterial wie Serpentinit und wird weltweit in verschiedenen Anwendungen genutzt.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Genese: wo und wie entsteht Vermiculit?
• Vermiculit in Österreich: wichtige Vorkommen
• Vermiculit weltweit: Übersicht über einige größere Lagerstätten
• Die Verwendung von expandiertem Vermiculit

Vermiculit ist ein weiches (Mohs-Härte 2), glimmerähnliches, meist braunes Schichtsilikat. Strukturelle Ähnlichkeiten bestehen zu dem Glimmer-Mineral Phlogopit:  K Mg₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂. Vermiculit kristallisiert monoklin-prismatisch, freie Kristalle kommen praktisch nicht vor, meist ist er derb eingewachsen.

Zum Unterschied zu den Glimmern besitzt Vermiculit jedoch eine besondere Eigenschaft: Bei raschem Erhitzen auf etwa 900°C werden die Plättchen bis zum 30-fachen ihrer ursprünglichen Dicke aufgebläht; es entweicht Wasser, das strukturell in Zwischenschichten gebunden war. Die Erklärung liegt darin, dass statt des Kaliums im Glimmer hydratisierte Magnesiumionen zwischen den Silikatschichten liegen. Demnach kann die Formel für einen eisenarmen Vermiculit aus der Böhmischen Masse wie folgt angegeben werden (GÖTZINGER, 1987b): Mg_5,0 Fe³⁺_0,8 Al_0,2 (OH)₄ [(Si_5,5 Al_2,5) O₂₀] · Mg_0,75 · 8 H₂O

Interessant ist, dass es zwischen dem Phlogopit bzw. dem Eisen-haltigen Biotit zum Vermiculit jedenfalls zwei mineralogische Übergänge gibt, nämlich den Hydrobiotit und den mixed-layer Hydrobiotit-Vermiculit (GÖTZINGER, 1986).

Eine umfassende Übersicht über Vermiculit gibt die Dissertation von Thomas DOEGE (2002) aus Aachen.

Die Entstehung von Vermiculit ist vielfältig. Jedenfalls ist ein Magnesium-reiches Ausgangsmaterial notwendig, etwa das Gestein Serpentinit. Mehrere Autoren haben Lagerstättentypen aufgrund der Genese vorgestellt:

 Klassifikation nach BOROVIKOV (1962):

• Deposits in ultrabasic and alkaline rock complexes (for example Kovdor and Buldym, Russia);
• Deposits in altered carbonate/carbonatite rock complexes (for example Palabora, RSA);
• Deposits in reaction zones of pegmatites and metasomatic veins in serpentinites;
• Deposits in micaceous gneisses and other metamorphic rocks

Eine spätere Einteilung gibt BUSH (1976):

• Vermiculit in großen ultramafischen Intrusivgesteinen (z.B. Pyroxeniten), die durchschlagen sind von syenitischen, granitischen, pegmatitischen oder karbonatitischen Gesteinen. Es tritt eine gewisse Zonierung in den Lagerstätten auf. Hierher gehören die Lagerstätten von Libby, Montana (USA) und Palabora / Phalaborwa (Rep. of South Africa).
• Vermiculit in kleineren meist ultrabasischen Gesteinen (Dunite, Peridotite, Pyroxenite); die Lagerstätten von North Carolina sind hier zu nennen.
• Vermiculit in metamorphen Gesteinen wie Biotitschiefer oder Amphibolite; einige Lagerstätten in South Carolina, Montana, Colorado, Nevada, Texas und Wyoming gehören zu diesem Typ.

Die Vorkommen in Österreich sind mehrheitlich an Serpentinite und/oder Amphibolite gebunden, wobei die „Mobilisatoren“ entweder Pegmatite (saure Ganggesteine), Albitite oder im Anschluss daran hydrothermale Lösungen sind.
Praktisch alle Vermiculitvorkommen sind an Gesteine in der Böhmischen Masse (i.W. im Waldviertel) gebunden (Abb. 1). Ein einziges Vorkommen liegt im Serpentinit-Steinbruch von Steinbach im Burgenland.

Der erste röntgenographische Nachweis von Vermiculit in Österreich stammt aus dem Erstfund im Serpentinit-Steinbruch von Pingendorf (NW Geras). Aufgefallen ist dieser Fund durch das Auffinden von weißen silikatischen Gesteinen in Wegschotterungen mit Serpentinit (im Rahmen der mineralogischen Bearbeitung des Magnetitvorkommens Kottaun bei Geras, GÖTZINGER, 1981). Nach Hinweisen aus der Bevölkerung fand eine Begehung des Steinbruchs in Pingendorf statt (GÖTZINGER, 1979a). Hier (und bei genetisch ähnlichen Vorkommen) tritt Vermiculit in der Reaktionszone zwischen einem gangförmigen Albitit-Gestein und Serpentinit auf. In dieser Reaktionszone wurden auch grüne Hornblende und an der Grenze zum Serpentinit graubrauner Anthophyllit gebildet (siehe Abb. 2). Weitere hier vorkommende Minerale sind Biotit und Chlorit.

Aufgrund dieser ersten Beobachtungen konnte Vermiculit auch an anderen bekannten Mineralfundstellen in Serpentinit- und Amphibolitvorkommen nachgewiesen werden, etwa im ehemaligen Feldspat-Steinbruch Kl. Heinrichschlag, in den Anthophyllit-Kugeln von Dürnstein sowie in Reaktionszonen von Pegmatit in den Amphiboliten von Hartenstein (GÖTZINGER, 1979b).

Eine systematische Nachsuche in Serpentiniten lieferte eine Vielzahl von Vorkommen, die in 2 zusammenfassenden Publikationen vorgestellt wurden (GÖTZINGER, 1987a, 1987b). Ein einziges Vermiculitvorkommen ist bisher außerhalb der Böhmischen Masse bekannt geworden: Steinbach im Burgenland (GÖTZINGER, 1982). Eine aktuelle Beschreibung dieses Mineralvorkommens geben KOLLER und GÖTZINGER (2009).

Aus all diesen Geländebeobachtungen können 3 Haupttypen von Vermiculitvorkommen unterschieden werden:

Typ 1: Vermiculit ist an helle Ganggesteine gebunden, wobei hier meist desilifizierte Pegmatite mit Plagioklas als Hauptmineral vorliegen. Charakteristische Begleitminerale sind Anthophyllit und Klinoamphibole. Es besteht ein Übergang von mächtigen Gängen zu Kluft- und Gangnetzwerken mit abnehmendem Anthophyllitgehalten. Typische Vorkommen sind Felling, Kl. Heinrichschlag, Wurschenaigen, Pingendorf, Rastbach, Dietmannsdorf, Gleisen und Sulzmühle bei Ludweis (Abb. 5).

Typ 2: Vermiculit wurde gebildet in Klüftchen und Rissen, primär durch hydrothermale Lösungen beeinflusst, sekundär von Verwitterungswässern (Abb. 8). Die Gehalte der Nebenelemente der Vermiculite (z.B. Titan, Chrom, Eisen) sind abhängig vom Element- bzw. Mineralangebot des umgebenden Serpentinits (Cr-Spinell, Magnetit etc.). Hierher gehören die Vorkommen Schönfeld, Waldhers, Waldkirchen und Unterfell.

Typ 3: Vermiculit tritt in sedimentär-eluvialer Umlagerung auf (Abb. 11). Charakteristisch sind verwitterte Minerale und Hydrobiotit als Neubildung. Die Mächtigkeiten dieser sedimentären Anreicherungen schwanken zwischen 2m und 20cm. Die Herkunft dieses Materials stammt von den Vorkommenstypen 1 und 2. Hydrobiotit wurde offenbar durch den Einfluss von Verwitterungswässern gebildet. Dieser Typ ist vertreten in Riegers und Wurschenaigen.

In den World Mining Data (2018, siehe http://www.world-mining-data.info/wmd/downloads/PDF/WMD2018.pdf ) sind die Vermiculit fördernden Länder für das Jahr 2016 angeführt:

Eine Lagerstätten-Übersicht ist zu finden auf mindat.org: https://www.mindat.org/show.php?id=4170&ld=1#themap.

In der Republik Südafrika (RSA) liegt die bedeutende Kupfer-Apatit-Vermiculit-Lagerstätte Palabora/Phalaborwa (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Phalaborwa ). Hier treten Kupfererze und Apatit in einer Ringintrusion mit Karbonatit auf. Vermiculit ist aus hydrothermal umgewandeltem Phlogopit entstanden, wobei hier nebeneinander Vermiculit, Hydrobiotit und der mixed-layer Hydrobiotit-Vermiculit zu je einem Drittel vorkommen (siehe Abb. 12). Die Vermiculite Palabora Mining Company (PMC) betreibt diesen Bergbau.

In den Vereinigten Staaten von Amerika (USA) bestehen mehrere große Gewinnungsstätten von Vermiculit. Zu nennen sind Lagerstätten in Arizona, California, Colorado, Montana, Nevada, North Carolina, Pennsylvania, South Carolina, Virginia und Wyoming (siehe https://www.mindat.org/locentries.php?p=3366&m=4170 ). Die Typlokalität von Vermiculit befindet sich in Millbury, Worcester Co., Massachusetts, USA. Sehr viel Information über Vermiculit gibt die Adresse http://www.vermiculite.net/ .Viele Lagerstätten in den USA sind an Ultrabasite gebunden.

In Brasilien gibt es eine Reihe von Lagerstätten in den Bundesstaaten Bahia, Goiás, Minas Gerais, Pará und Rio Grande do Norte. Die Vermiculitvorkommen sind an ultrabasitische und karbonatitische Intrusivkomplexe gebunden.

Über Vermiculitlagerstätten in China ist in der westlichen Welt wenig bekannt. Hinweise liefert die Seite http://www.xinlongvermiculite.com/en/about.aspx .

In Zimbabwe wird Vermiculit im Buhera District abgebaut. Dort liegt der Shawa-Komplex, mit einem Karbonatit-Vorkommen in einem serpentinisierten Dunitkörper. Hier werden auch Apatit und Magnetit abgebaut.

Die Halbinsel Kola ist eine der mineralreichsten Regionen in Russland. Die Vermiculit-Lagerstätten sind dort an die Karbonatit-Alkalimagmatit-Komplexe von Chibina (Khibiny) und Kovdor gebunden, die auch reiche Apatit-Magnetit-Lagerstätten führen. Details dazu geben POHL und PETRASCHEK (2005).

Rohvermiculit wird nach Korngrößen gesiebt und dann jede Kornklasse bei etwa 900°C expandiert. Dabei entweicht das Zwischenschichtwasser explosionsartig und dies führt zur Expansion der Vermiculitkristalle auf etwa das 30-fache des ursprünglichen Volumens (Abb. 15).

Bei dieser Prozedur fällt auch unblähbarer „Sand“ an, der meist aus Klinopyroxen, Olivinresten und Glimmern besteht; asbestiforme Fasern (etwa Anthophyllit, Chrysotil) dürfen nicht dabei sein, weil das Produkt sonst unverkäuflich wird.

Expandierter Vermiculit mittlerer Korngrößen (etwa 4 – 8mm) wird als Lockerprodukt verwendet etwa in der Pflanzenzucht, er wird Gartenerde zugesetzt (regelt den Wasserhaushalt im Boden), er ist Trägermaterial in Futtermitteln. Durch seine Adsorptionsfähig-keit dient er als Verpackungsmaterial (etwa für Säureflaschen). Vermiculit ist Isolator für Schall und Temperatur entweder als Schüttgut oder zu Platten oder zu Formteilen gepresst (Brandschutzplatten, Abb. 16). Feinste Körnungen finden in der Farben- und Lackindustrie Verwendung. Auch wenn Vermiculit äußerlich eher unscheinbar ist, stellt er doch ein sehr vielseitiges Industriemineral dar.