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die Sedimente von Salzseen (
7
Abschn. 5.7.2
) können Zeolithe
enthalten. Bauwürdig sind aber nur Gesteine mit einem sehr
hohen Zeolithgehalt. Diese bilden sich vor allem durch eine
hydrothermale Alteration von vulkanischem Glas in Tuffen
(
7
Abschn. 7.3
) durch alkalines Wasser (pH 8-10 bei 50-300 °C).
Da normale Hydrothermalsysteme (epithermal,
7
Abschn. 4.3
)
an Vulkanen stark sauer sind, muss das Wasser extern sein. Eine
Möglichkeit ist ein Ignimbrit (durch pyroklastische Ströme abge-
lagerter Tuff ), der in einen alkalinen Salzsee geflossen ist. Eine
weitere Möglichkeit ist die Alteration von Tuff durch hydrother-
males Wasser aus Karbonatgesteinen.
Abb. 7.10
Grafit aus der Mataraka Plumbago Mine, Sri Lanka.
© F. Neukirchen / Mineralogische Sammlungen der TU Berlin.
7.16
Grafit
in denen die organische Substanz ehemaliger Sedimente zu
Grafit umgewandelt wurde. Fast reiner Grafit entsteht bei der
hochgradigen Metamorphose von Kohleflözen, er ist dabei der
letzte Schritt bei der Inkohlung von Pflanzenresten über Torf,
Braunkohle, Steinkohle und Anthrazit. Bei der entsprechenden
Metamorphose von anderen Sedimenten entstehen grafithaltige
Schiefer, Gneise, Quarzite und so weiter. Die genauen Bildungs-
bedingungen sind nicht nur von Druck und Temperatur, son-
dern auch von der Fluidphase während der Metamorphose und
von der bereits vorhandenen Struktur der organischen Substan-
zen abhängig (langkettige Polymere müssen stärker umgebaut
werden als Ringstrukturen). Eine wichtige unterstützende Rolle
spielen Scherbewegungen. Entsprechend beginnt die Grafitbil-
dung mit sehr feinkörnigem Grafit mit vielen Gitterfehlern (obe-
re Grünschieferfazies), während bei einer stärkeren Metamor-
phose größere Kristalle entstehen. Auch in Europa gibt es ent-
sprechende Lagerstätten, etwa in den Alpen und in Norwegen.
Die weitaus größten bekannten Reserven befinden sich in China.
Ganz ähnlich können organische Substanzen (Kohle,
Kerogen, Öl, Bitumen) auch bei der Kontaktmetamorphose zu
Grafit umgewandelt werden. Dabei bilden sich allerdings nur
kleine Kristalle. Eine wichtige Lagerstätte diesen Typs findet sich
bei La Colorada (Sonora, Mexiko).
Schließlich gibt es noch epigenetische Grafitlagerstätten in
Adern und Scherzonen. Bei diesen wurde Grafit aus einem Fluid
ausgefällt, meist durch Reduktion von CO oder CO
2
, manchmal
aus CH
4
. Das Fluid kann aus Magmen stammen, von metamor-
phen Reaktionen, aus dem Erdmantel oder es handelt sich um
mobilisierten organischen Kohlenstoff. Die Ausfällung erfolgt
durch Abkühlung, Fluidmischung oder Änderung der Sauer-
stofffugazität, zum Beispiel bei einer Reaktion mit Pyrrhotin
oder anderen Eisenmineralen. Mögliche Reaktionen sind bei-
spielsweise:
I n G r a f i t (
.
Abb. 7.10
), der unter Normalbedingungen stabilen
Modifikation von Kohlenstoff, geht jedes Kohlenstoffatom mit
drei Nachbaratomen kovalente Bindungen ein, was ein zwei-
dimensionales Gitter mit sechseckigen Maschen ergibt. Das je-
weils vierte Elektron der äußersten Schale befindet sich relativ
beweglich zwischen den Schichten und sorgt dort für Zusam-
menhalt mit einer geringen Bindungsenergie. Daraus ergeben
sich zwei wichtige Eigenschaften dieses Minerals: Es ist ein guter
elektrischer Leiter und es ist so weich, dass es sogar als Schmier-
mittel eingesetzt wird. Dazu kommt, dass es gegen Säuren resis-
tent und bei extrem hohen Temperaturen (solange es nicht
brennt) stabil ist, außerdem ist es ein guter Wärmeleiter.
Für die Anwendung spielt neben der Reinheit auch die Korn-
größe eine Rolle, so wird der hochwertige Flockengrafit (»Flinz-
grafit«) vom günstigen, sehr feinkörnigen Pulvergrafit (so-
genannter »amorpher Grafit«, der aber nicht amorph ist) unter-
schieden. In der Aufbereitung wird Grafit durch Flotation von
anderen Mineralen getrennt. Grafit kann auch synthetisch
durch Erhitzen von Koks beziehungsweise Petrolkoks auf mehr
als 3000 °C erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit ist der
Acheson-Prozess: Eine Mischung aus Koks und Ton wird elek-
trisch um einen Grafitstab aufgeheizt. Bei sehr hoher Temperatur
entsteht SiC, das sich bei mehr als 4150 °C durch Verdampfen des
Siliziums zu Grafit umwandelt.
Grafit wird in der Metallurgie für Gussformen und Schmelz-
tiegel, zum Aufkohlen von Stahl und als reduzierender Zuschlag
in Hochöfen eingesetzt. Er dient als Elektrode in Batterien, Licht-
bogenöfen und bei der Schmelzflusselektrolyse zur Herstellung
von Aluminium. In Elektromotoren und Generatoren stellen
»Kohlebürsten« aus Grafit den elektrischen Kontakt zwischen
beweglichen Teilen her. Gleitlager und Dichtungen aus Grafit
sind »selbstschmierend«. Kunststoffe können mit Grafit als Füll-
stoff elektrisch leitfähig gemacht werden. Die chemische Indus-
trie nutzt ihn für korrosionsbeständige Reaktoren. Früher wur-
den auch grafitmoderierte Kernkraftwerke gebaut (ein unrühm-
liches Beispiel war Tschernobyl). Und eine Anwendung im Alltag
ist die Bleistiftmine (die auch Ton enthält, um eine höhere Härte
zu erreichen, aber kein Blei).
Es werden drei unterschiedliche Grafitlagerstätten unter-
schieden. Am wichtigsten sind Vorkommen in hochgradig me-
tamorphen Gesteinen (meist Amphibolit- oder Granulitfazies),
2 CO ĺ C + CO
2
C H
4
ĺ C + 2 H
2
C O
2
+ 2 H
2
ĺ C + H
2
O
Am bekanntesten sind entsprechende Grafitadern in Sri Lanka,
die Kohlenstoffisotope weisen dort auf einen magmatischen Ur-
sprung des Fluids hin (Touzain et al. 2010). Auch epigenetische
Grafitlagerstätten entstehen eher unter metamorphen Bedingun-
