Tonminerale

Der Begriff Tonminerale bezeichnet einerseits Minerale, die überwiegend in der Tonfraktion (Korngröße < 2 µm) vorkommen, andererseits wird er auch synonym für Schichtsilikate verwendet. Beide Definitionen sind nicht deckungsgleich. Es gibt Minerale der Tonfraktion, z. B. Goethit oder Gibbsit, die keine Silikate sind. Andererseits gibt es Schichtsilikate, wie z.B. Kaolinit, die oft größer als 2 µm sind. Daher bezeichnet man in der Regel solche Minerale als Tonminerale, die beide Kriterien erfüllen.

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Entstehung

Tonminerale entstehen an der Erdoberfläche durch Verwitterung anderer Minerale oder bilden sich neu aus übersättigten Bodenlösungen oder hydrothermalen Wässern. Bei der Diagenese kommt es zu Ordnungsprozessen im Kristallgitter der Tonminerale, die als Maß für die Reife eines Sediments verwendet werden kann.

Struktur

Tonminerale bestehen aus zwei charakteristischen Bauelementen:

• Tetraederschicht: eckenverknüpfte SiO₄-Tetraeder, z.T. Substitution Si-Al
• Oktaederschicht: kantenverknüpfte AlO₆-Oktaeder, z.T. Substitution Al-Mg

Je nach Anordnung dieser Schichten unterscheidet man:

• 1:1-Tonminerale (Zweischicht-Tonminerale): Tetraederschicht - Oktaederschicht: Bsp.: Kaolinit, Chrysotil
• 2:1-Tonminerale (Dreischicht-Tonminerale): Tetraederschicht - Oktaederschicht - Tetraederschicht Bsp: Ilit
• 2:1:1-Tonminerale (Vierschicht-Tonminerale): Tetraederschicht-Oktaederschicht-Tetraederschicht-Oktaederschicht: Bsp. Chlorit

Durch die Substitution entsteht eine Schichtladung, die durch die Einlagerung von Kationen in der Zwischenschicht neutralisiert wird. Die Schichtladung der 1:1-Tonminerale ist stets Null. Die 2:1-Tonminerale werden nach ihrer Schichtladung klassifiziert:

• X = 0: Talk-Pyrophyllit-Gruppe
• 0,2 < X < 0,6: Smectit-Gruppe, z.B. Montmorillonit, Beidellit, Nontronit, Saponit, Hectorit
• 0,6 < X < 0,9: Vermiculit-Illit-Gruppe
• X = 1: Glimmer-Gruppe

Tonminerale mit nicht ganzzahligen Schichtladungen besitzen die Fähigkeit zur Quellung, d.h. zur temporären und reversiblen Wasseraufnahme in ihren Zwischenschichten.

Alternativ kann die Schichtladung in der Oktaederschicht auch dadurch kompensiert werden, dass nur zwei von drei Oktaedern besetzt sind. Daher unterscheidet man:

• dioktaedrische Tonminerale mit zwei besetzten Oktaederpositionen, z.B. Kaolinit
• trioktaedrische Tonminerale mit drei besetzten Oktaederpositionen, z.B. Chrysotil

Eigenschaften

Tonminerale sind sehr weich (Mohs-Härte 1) und reagieren plastisch auf mechanische Beanspruchung. Sie wandeln sich beim Erhitzen in härtere und festere Minerale um (Keramik). Tonminerale besitzen eine große spezifische Oberfläche, an die Nährstoffe und Schadstoffe adsorbiert und desorbiert werden können. Daher sind sie für die Landwirtschaft von großer Bedeutung. Sie haben eine geringe Wasserdurchlässigkeit und werden deshalb auch zur Abdichtung von Deponien verwendet. Suspensionen von Tonmineralen reagieren thixotrop auf mechanische Beanspruchung und werden daher in Spülungen für Tiefbohrungen eingesetzt, um das Bohrloch zu stabilisieren.

Verwendung

Ton ist der wichtigste und älteste Rohstoff für die Herstellung von Keramik. Daneben wird er zusammen mit Kalkstein zur Produtkion von Zement verwendet. In der Bildenden Kunst dient er der Herstellung von Skulpturen. Die große spezifische Oberfläche und die damit verbundene Kationenaustauschkapazität der Tonminerale ermöglichen ihren Einsatz als Ionentauscher, beispielsweise bei der Säuberung von Trinkwasser und zum Entfärben von Lösungen. Insbesondere Montmorillonit wird wegen seiner Wasseraufnahmefähigkeit genutzt, z.B. im Katzenstreu. Kaolinit wird auch in der Papierindustrie als Appreturmittel verwendet, glättet die Oberfläche und nimmt Tinte auf. Blähton (stark porös gebrannter Ton) dient als isolierender Baustoff und für die Hydrokultur. Andere Tone dienen als Abdichtung in Deponien, sind Füll- und Zuschlagstoffe in Farben, Lebensmitteln (z.B. Margarine) und pharmazeutischen Produkten oder werden als Katalysatoren eingesetzt.

Siehe auch

Systematik der Minerale, Liste der Minerale, Liste der Gesteine, Portal:Geowissenschaften

Literatur

• Jasmund, K., Lagaly, G.: Tonminerale und Tone. Steinkopff Verl. Darmstadt, 1993, ISBN 978-3798509238