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| ABBILDUNGEN | ||
Abb. 1 |
Abb. 2 |
Abb. 3 |
Abb. 4 |
Abb. 5 |
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Abb. 6 |
Tab. 1 |
Tab. 2 |
Tab. 3 |
Tab. 4 |
Tab. 5 |
Tab. 6 |
Tab. 7 |
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Der Bergton wird in Übereinstimmung mit früheren Untersuchungen
als in der Regel karbonatfreier, schwarzbrauner, stark kohlehaltiger, schluffiger
Ton bzw. stark toniger Schluff definiert.
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Tab. 1: Bergtonproben
(Bohrung, Teufe, Bergtonhorizont)
Samples of "Bergton" (bore-hole, depth, horizon of "Bergton") |
| Pulveraufnahme | Texturaufnahme | |
| Spannung | 40 kV | 40 kV |
| Stromstärke | 30 mA | 30 mA |
| variable Divergenzblende | V 20 | V 20 |
| Zählrohrblende | 0,2 mm | 0,2 mm |
| Schrittgröße | 0,01° | 0,02° |
| Schrittzeit | 2,0 s | 4,0 s |
| Strahlung Cu Ka | 1,5406 Å | 1,5406 Å |
Die Partikelgröße wird nach dem Stokes'schen Gesetz in Abhängigkeit von Dichte der Partikel und der Dispergierflüssigkeit, der Viskosität der Flüssigkeit bei definierter Temperatur sowie der daraus resultierenden Sinkgeschwindigkeit der Partikel bestimmt.
Dazu wird ein schmal gebündelter, niedrig energetischer weicher Röntgenstrahl benutzt, der in einer luftgekühlten Röntgenröhre mit Berylliumfenster und Wolframanode erzeugt wird. Sie arbeitet mit einer Hochspannung zwischen 12,5 und 15,0 KV bei einer Leistungsaufnahme von 15 Watt. Das Detektionssystem besteht aus einem 1000 V - Verstärker für den Szintillationszähler und einem 125 Watt - Heizaggregat, das die Meßzellentemperatur erzeugt. Zur Verkürzung der Analysenzeit wird automatisch durch einen synchron gesteuerten Schrittmotor das miteinander gekoppelte Detektionssystem und die Strahlungsquelle bei feststehender Sedimentationszelle entgegengesetzt zur Sedimentationsrichtung bewegt (Scan), wobei 7 verschiedene Scan-Geschwindigkeiten zur Optimierung der Analysenzeit bei maximaler Auflösung im Meßbereich von 0,1-300 µm möglich sind. Vor jeder Messung wird automatisch das Absorptionsprofil der Meßzelle zur Basislinienkorrektur aufgenommen.
Die Probe wurde dazu mit destilliertem Wasser 24 h gesumpft, danach mit 5 ml 0,1 m Na4P2O7 (Tetranatriumpyrophosphat)- Lösung und 1/2 min Ultraschallbehandlung mittels einer Sonotrode UW 70 der Firma BANDELIN dispergiert. Der Anteil > 250 µm wurde durch Naßsiebung abgetrennt und gesondert bestimmt.
Die transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen an Fraktionen < 2 µm wurden im Labor für Elektronenmikroskopie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, Institut für Geologische Wissenschaften, an einem JEM 1210 durchgeführt.
Die Rohstoffproben bzw. -versätze wurden eingewogen (Trockenmasse je Prüfkörper 120,0g), nach entsprechender Wasserzugabe (6-8%) manuell gemischt (erdfeucht krümelig) und danach wurde der so vorbereitete Versatz von Hand in ein Preßwerkzeug aus Stahl eingestampft (unter Verwendung eines viereckigen Holzes) und Prüfkörper der Abmessungen 80 x 40 x 20 mm mittels eines Universalauspreßgerätes (50 kN) der Firma Straßentest gepreßt (Preßdruck von ca. 156kg/cm²). Danach wurde der fertige Prüfkörper aus der Form ausgepreßt, zum Trocknen vorsichtig auf Schamotteunterlagen gestellt, 7 h an der Luft und anschließend im Wärmeschrank 12 h bei 70°C getrocknet. Ein Teil der Prüfkörper wurde durch plastische Verformung und unter Verwendung des gleichen Preßwerkzeuges hergestellt. Gebrannt wurde im Labormuffelofen Labotherm N 20/H der Firma Nabertherm bei folgendem Regime:
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Tab. 2: Chemische Zusammensetzung
von 3 Bergtonproben unterschiedlicher Bergtonhorizonte
Chemical composition of 3 samples of "Bergton" from different horizons |
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Tab. 3: Korngrößenzusammensetzung
der Bergtonproben
Grain size composition of "Bergton" samples |
Muskovit, Kaolinit, einem quellfähigen Dreischichtsilkat (unregelmäßiges vollständig quellfähiges Wechsellagerungsmineral der Reihe Muskovit-Montmorillonit), vereinzelt wenig Chlorit und in Probe 7 scheint in sehr geringen Mengen Pyrophyllit enthalten zu sein.Typische Pulverdiffraktogramme der untersuchten Proben zeigt die Abb. 1. Diffraktogramme der Texturpräparate der Fraktion < 2µm sind sowohl im lufttrockenen als auch im ethylenglykolbehandelten und getemperten Zustand in der Abb. 2 dargestellt.
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Abb. 1: Typische Pulverdiffraktogramme
des Bergtons (Proben 2, 4, 8 sowie I; Pulver < 32 µm, CaF2
als innerer Standard)
Typical X-ray diffractograms of "Bergton" (samples 2,4,8 and I, powder < 32 µm, CaF2 as internal standard) |
Die d-Werte des 001 - und 002 - Reflexes des Muskovites wurden im Texturpräparat mit 1,001 und 0,498 nm bestimmt. Nach den d-Werten der (060) - Interferenz in den Pulverdiffraktogrammen handelt es sich eindeutig um dioktaedrische Glimmer. Einige der beobachteten Glimmerreflexe sind nur für 2-M-Glimmer charakteristisch (Yoder & Eugster 1955).
Im Texturpräparat wurden die mittleren d-Werte der ersten und zweiten Ordnung des Kaolinites bei 0,715 nm (0,716-0,713 nm) und 0,357nm (0,357-0,358 nm) gemessen. Zur Feststellung des Ordnungszustandes des Kaolinites werden nach Brindley (1961) die Aufspaltung der Tripletten zwischen 0,255 und 0,249 nm, zwischen 0,237 und 0,228 nm sowie der Doublette bei 0,417 und 0,412 nm, nach Brindley & Kurtossy (1961) die Halbwertsbreite des 001-Reflexes und nach Schulz (1958) das Verhältnis der Fläche zur Höhe des 001-Reflexes benutzt.
Die Aufspaltung der Tripletten und der Doublette konnte in keiner der untersuchten Proben beobachtet werden. Danach ist der Kaolinit der Proben aller untersuchten Bergtonhorizonte b-achsenfehlgeordnet (Fire clay-Typ). Der Kristallinitäts - Index (Hinckley 1963), der das Intensitätsverhältnis der Summe der Intensitäten des 110 - sowie des 111 - Reflexes zur Gesamtintensität des 110 - Reflexes gegen den Untergrund berücksichtigt, wurde mit < 0,4 ermittelt, was ebenfalls, auf die Gitterfehlordnung in b-Achsenrichtung hindeutet. Die integrale Breite des 001 - Reflexes, die das Verhältnis zwischen Nettopeakfläche und Nettopeakhöhe beschreibt, wurde im Mittel mit 0,31 bestimmt und entspricht damit auch schwach fehlgeordneten Kaoliniten. Die mittlere Halbwertsbreite der untersuchten Proben liegt mit 0,40° im Bereich für schlecht geordnete Kaolinite.
Die an Texturpräparaten gemessenen d-Wertverschiebungen des Muskovit-Montmorillonit-mixed-layer- Minerals im lufttrockenen und ethylenglykolgequollenen Zustand sind in der Tab. 4 dargestellt (siehe auch Abb. 2).
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Abb. 2: Typische Texturaufnahmen
der Fraktion < 2 µm, natürlich belegt; (lufttrocken, ethylenglykolbehandelt,
glyzerinbehandelt, 350 °C, 350 °C + Ethylenglykol, 600 °C)
Typical X-ray texture diffraction patterns of the fraction < 2 µm, untreated, (air dried, ethylenglycol, glycerol treated, 350 °C, 350 °C + ethylenglycol, 600 °C) |
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Tab. 4: d-Werte des
001-Reflexes des Montmorillonit-Muskowit-Wechsellagerungsminerals, natürlich
lufttrocken und ethylenglykolbehandelt (Texturpräparate < 2 µm)
d-values of 001-peak of montmorillonite-muscovite-mixed-layer-mineral, untreated airdried and with ethylene glycol (oriented < 2 µm) |
Die Lage des d(001) dieser quellfähigen Dreischichtsilikate als unterschiedlich stark ausgeprägte Bande zwischen 1,1 und 1,4 nm (im Mittel mit Maximum bei 1,258 nm) im lufttrockenen natürlich belegten Zustand bei den gemessenen Proben deutet auf überwiegende Belegung der Zwischenschichten mit einwertigen Ionen (K+, Na+) hin, wobei das K+ -Ion dominiert (siehe chemische Analyse).
Nach Quellung mit Ethylenglykol weitet das Gitter auf einen durchschnittlichen Wert von 1,691 nm unter schwacher Intensitätszunahme und mit manchmal diskretem Maximum auf, was die vollständige Quellfähigkeit dieses Minerals belegt. Bei Quellung mit Glyzerin weitet das Gitter des Wechsellagerungsminerals auf 1,8 nm auf, bei Temperaturbehandlung bei 600 °C kommt es zur bekannten Gitterkontraktion auf Werte größer 0,95 nm und bei erneuter Quellung mit Ethylenglykol ist das Gitter nicht mehr reversibel quellfähig. Damit ist das Mineral in seinen wesentlichen Eigenschaften dem muskovitischen Montmorillonit (Landgraf 1971) aus dem Rupelton von Malliß bzw. dem des Eozäntones von Friedland (Henning 1971) ähnlich. Die Reflexintensität erreicht nicht die von echten Montmorilloniten. Reflexform, -intensität und -lage sowohl im unbehandelten als auch im ethylenglykolgequollenen Zustand deuten auf die Gemischtschichtigkeit der Struktur in Form von Muskovit- und Montmorillonitschichtanteilen hin, wobei der Montmorillonitschichtanteil (> 50%) überwiegt und die Schichten unregelmäßig alternieren.
Chlorit konnte nur in der Fraktion < 2 µm in der Probe 8 anhand eines schwachen diskreten Reflexes bei 1,428 nm vermutet werden.
Pyrophyllit wurde in der Fraktion < 2 µm der Probe 7 anhand seiner stärksten Reflexe bei 0, 915; 0,459 und 0,305 nm identifiziert.
Die thermische Analyse von 2 typischen Bergtonproben (Abb. 3) zeigt in der TG, DTG und DTA charakteristische Effekte, die sowohl dem Verbrennen der reichlich enthaltenen organischen Substanz (starker exothermischer Effekt zwischen 300 und 400 °C) als auch den identifizierten Tonmineralen zuzuordnen sind ( starker endothermischer Effekt zwischen 95 und 100 °C - Abgabe des adsorptiv gebundenen Wassers des Muskovit-Montmorillonit-mixed-layer-Minerals; endothermischer Effekt zwischen 500 und 600 °C - Dehydroxylation des Kaolinit und des Montmorillonitschichtanteiles der Wechsellagerung; schwache Exothermie zwischen 900 und 1000 °C - Gitterzerstörung der Tonminerale).
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Abb. 3: TG, DTA, DTG
- Kurven der Proben 2 und 4 (Gesamtprobe < 63 µm)
TG, DTA, DTG - curves of the samples 2 and 4 (total sample < 63 µm) |
Lediglich die Probe I (13E/82) des Bergtonhorizontes 1 enthielt deutlich
Karbonat (Kalzit 13 % und Dolomit 3 %). Die quantitativen Verhältnisse
sind in der Tab. 5 wiedergegeben. Von Feldhaus
(1978) bestimmte Mineralzusammensetzungen des Bergtonkomplexes (Muskovit-Montmorillonit-mixed-layer-Mineral
60 %, Kaolinit 10 %, Muskovit/Illit 10 %, Feldspat 2 %, Quarz 18 %) ordnen
sich zwanglos in die durchgeführten Untersuchungen ein.
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Tab. 5: Semiquantitative
(Probe 1) und quantitative Mineralgehalte von Proben der Bergtonhorizonte
1, 2, 3 und 4 des Bergtons von Lübtheen
Semiquantitative (sample 1) and quantitative composition of samples from the Lübtheen "Bergton" horizons 1,2,3 and 4 |
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Abb. 4: TEM - Aufnahme
der Fraktion < 2 µm der Probe 4
Electron micrograph (TEM) of fraction < 2 µm (sample 4) |
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Abb. 5: TEM - Aufnahme
der Fraktion < 2 µm der Probe 2
Electron micrograph (TEM) of fraction < 2 µm (sample 2) |
Unklar ist die genetische Deutung des Auftretens von Pyrophyllit in der Probe 7. Normalerweise entsteht Pyrophyllit durch metamorphe bzw. tiefthermale Beeinflussung Al-reicher Silikate (z.B. Beidellit, Montmorillonit). Die Probe 7 repräsentiert den Bergtonhorizont 2 bei einer Teufe von ca. 198 m. Weitere Anzeichen einer metamorphen bzw. tiefthermalen Beeinflussung konnten bisher nicht gefunden werden, so daß es zur Klärung dieser Frage noch weitergehender Untersuchungen bedarf.
Der in der Probe 7 deutlich nachweisbare Gips wird als sekundäre Umbildung des frühdiagenetisch in an organischer Substanz reichen Peliten entstandenen Pyrites interpretiert. Die frühdiagenetische Pyritbildung basiert ihrerseits auf der bakteriellen Sulfatreduktion im anaeroben Milieu. In der Probe 1 konnten neben sekundären Sulfaten und Phosphaten (Rozenit, Vivianit) auch noch Reste unzersetzten Pyrites und Markasites nachgewiesen werden.
Der relativ hohe Karbonatanteil der Probe I (238,2-238,3 m u. NN) des Bergtonhorizontes 1 erklärt sich aus seiner Lage direkt unter der quartären Bedeckung im Bereich einer rinnenartigen Struktur (Quartärbasis bei ca. 220 m u. NN), so daß von einer pleistozänen Beeinflussung dieses Materials ausgegangen wird. Das Karbonat ist feindispers in dem Gestein verteilt, das Kernstück ist deutlich heller als die vergleichbaren Bergtonproben, desgleichen der Anteil 2µm.
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Abb. 6: Kornverteilung
der Bergtonproben im Winklerdreieck
Grain size distribution of "Bergton" samples in Winkler's triangle |
In der Tab. 6 sind einige keram-technologische
Eigenschaften der Bergtonproben aufgeführt. Daraus ist ersichtlich,
daß mit steigender Brenntemperatur die Brennschwindung und die Gesamtschwindung
unabhängig von der Art der Verformung (plastisch bzw. trocken gepreßt)
zunehmen.
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Tab. 6: Ausgewählte
keram-technologische Eigenschaften der Bergtonproben unterschiedlicher
Bergtonhorizonte
Selected ceramic-technological properties of "Bergton" samples from different horizons |
Die Absolutbeträge der Gesamtschwindung sind bei der plastischen Verformung auf Grund des wesentlich höheren Wassergehaltes der plastischen Masse und die dadurch resultierende deutlich größere Trockenschwindung erheblich höher. Die Wasseraufnahme nimmt mit steigender Brenntemperatur ab, der Grad der Versinterung wächst. Die Rohdichte der trockengepreßten Prüfkörper steigt mit höherer Brenntemperatur.
Unter Mitverwendung der bei der energetischen Verwendung der Kohle anfallenden
Asche im keramischen Versatz sind auf Grund ihres Diatomeengehaltes neuartige
Baustoffe darstellbar. Die Eigenschaften der keramischen Körper hängen
dabei im wesentlichen von der Versatzzusammensetzung und der Brenntemperatur
ab, wie verschiedene trockengepreßte Mischungen von Bergton mit Diatomeenkohlenasche
zeigen (Tab. 7). Die Pyrit- und Markasitgehalte bestimmter
Bereiche der Bergtonhorizonte sind bei keramischer Verwendung entsprechend
zu berücksichtigen (selektiv aushalten, bzw. BaCO3-Zugabe).
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Tab. 7: Keram-technologische
Kennwerte von Mischungen Bergton mit Diatomeenkohlenasche und Bergton mit
Rohgur
Ceramic-technological values from mixtures of "Bergton" with ash of diatomite - coal and "Bergton" with diatomite (untreated) |
BRINDLEY, G.W. & KURTOSSY, S.S.: Quantitative determination of kaolinite by X-ray diffraction. - Amer. Miner., 46: S. 1205-1215, Washington 1961.
FELDHAUS, D.: Die Tonmineralparagenesen der Tertiärsedimente der DDR. - Schriftenr. geol. Wiss., 11: S. 35-49, Berlin 1978.
HINCKLEY, D.N.: Variability in crystallinity values among the kaolin deposits of the coastal plain of Georgia and South Carolina. - Clays and clay Minerals, 11: S. 229-235, Oxford 1963.
HENNING, K.-H.: Mineralogische Untersuchung des eozänen Tones der Lagerstätte Friedland (Bezirk Neubrandenburg). - Ber. deutsch. Ges. Geol. Wiss., B Miner. Lagerstätten F., 16 (1971) H.1: S.5-39, Berlin 1972.
HENNING, K.-H. & LANDGRAF, K.-F.: Über Beziehungen zwischen Mineralbestand und technologischen Eigenschaften tertiärer Tone im Norden der DDR. - Wiss. Z. Univ. Greifswald, math.-nat. Reihe, 23: S.81-84, Greifswald 1974.
LANDGRAF, K.: Mineralogische Untersuchung des mitteloligozänen Tones der Lagerstätte Malliß (Bezirk Schwerin), DDR. - Ber.deutsch. Ges. Geol. Wiss. B. Miner. Lagerstätten F., 16 (1971) H. 4: S.437-474, Berlin 1972.
SCHULZ, L.G.: Quantitative X-ray determinations of some aluminous clay minerals in rocks. - Proc. 7th nat. Conf. Clays and Clay Minerals: S. 216-224, Washington 1958.