GESUNDHEITSSCHÄDLICHE MINERALPARTIKEL IN
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GESUNDHEITSSCHÄDLICHE MINERALPARTIKEL IN GESTEINEN: KRITISCHE BETRACHTUNG Oskar A. R. Thalhammer1 & Gerald Doppler1,2 1 Lehrstuhl für Rohstoffmineralogie Department Angewandte Geowissenschaften & Geophysik Montanuniversität Leoben 2 Ingenieurbüro für Angewandte Geowissenschaften/Montangeologie Leoben 1. Asb best 1.1. B Begriffsde efinition Asbest Unter dem Begriff „lungen ngängiger A Asbest“ sin nd Minera alfasern (A Abb. 1) mit einer ner Faserb breite von n < 3µm und u einem m Längen/B BreitenFaserläänge von > 5µm, ein Verhälttnis von 3::1 zu versttehen (nacch WHO). Entspreche E end der Deefinition istt Asbest unabhäängig von der d Mineralart. In der industrielleen Anwend dung ist deer Terminu us Asbest, abgesehen a von der fa aserigen äußerliichen Form m, noch durch d weittere, anweendungsorientierte E Eigenschaften, wie bestimm mte mechaanische Fesstigkeit, bü üscheliges, oder radiales Wachsttum der einzelnen Fasern etc., defin niert. Asbest (aus deem griechisschem „asb bestos“ = uunvergängllich) ist demnacch kein mineralogiischer Beggriff, sond dern kom mmt aus der indusstriellen Anwend dung. Abbildu ung 1 Asbestfaasern 1.2. A Asbestarte en Grundssätzlich werrden zwei Typen T von Asbest untterschieden n: 1.2.1. SSerpentina asbest Die Min neralgruppe Serpentin n umfasst eeine Reihe von v Minera alien, die inn ihrer chem mischen Zusamm mensetzung sehr ähn nlich bis ideentisch sind, sich jedo och in ihreer Wachstu umsform (Habitu us) und Kristallgittter deutlicch untersscheiden. Serpentin gehört zu z den Phyllosiilikaten (Scchichtsilika aten, Abb.2)) mit der ch hemischen Formel Mgg6(OH)8(Si4O10). Abbildu ung 2 SiO4-Tettraeder-Schicht als typische Grundsstruktur derr Kristallgittter der Phylllosilikate Es handelt sich dabei d um ein e 2-Schiccht Phyllosilikat. Das Kristallgittter ist durrch eine MgO6-O Oktaedersch hicht (O) und u eine SiO derschicht (T) ( gekennnzeichnet. Die D O-TO4-Tetraed Schichttpakete sin nd im Kristtallgitter m miteinanderr durch sch hwache Binndungskräfte (van der Waaal´sche Krääfte) verbu unden. In Ab bhängigkeiit von der Art A der Krüümmung in nnerhalb der T-SSchichten (d die Krümm mung entsteeht dadurcch, da die OO bzw. T-S chicht nich ht gleich groß siind), könneen in der Mineralogie M e zwei Artten (Wachsstumsformeen) von Se erpentin unterscchieden weerden: Trittt eine Krü ümmung eiin Mal nach oben da nach wied der nach unten und so weiter w auff, so entstteht darau us eine Wellblechst W truktur. Derartige w alls Antigorrit bezeichnet. Anttigorit hatt einen blätteraartige Serrpentine werden feinschuppigen Haabitus. Trittt die Krüm mmung der SiO4-Tetra aeder in deer T-Schichtt immer in der ggleichen Richtung R au uf, so entst eht darauss eine spira alige Röllchhenstruktu ur, diese Serpenttine werdeen als Faserrserpentin oder Chryssotil bezeicchnet. Weissen diese Röllchen R Dimenssionen, wiee für die Definition vvon Asbest zutreffend d, auf, so hhandelt es sich s um Serpenttinasbest. Diese D Asbestart ist du h Tenazzität (Biegssamkeit) und dem urch die hohe nahezu u reinen Chemismus C s charakteerisiert. Die D Gehalte an FeO O und Ni liegen überwiegend unteer 1 Gew.% %, bzw. unteer 500 ppm m. Minerale der Serp pentingrup ppe entsteh hen durch Umwandlu ung aus Ollivin ((Mg,F Fe)SiO4) und Pyrroxenen ((M Mg,Fe)2Si2O6 = Orthoppyroxen, od der Ca(Mg,,Fe)Si2O6 = Klinopyro oxen) in einem hydrothermalen Millieu. Diese r Alteratio onsprozess wird als Serpentinisierung bezeich hnet und kaann durch die d folgend de Gleichun ng beschrieb ben werdenn: 2 2Mg2(SiO4) + CO2 + 2H H2O -> M Mg3(OH)4(Sii2O5) + Mg((CO3) Olivin hydrothermale SSerpentin Magn nesit Lösung v Serpen ntin, und damit auch von Serpenntinasbest, nahezu Damit iist das Vorrkommen von ausschlließlich an n ultrama afische Geesteine (G Gesteine mit m dominnierendem Olivinund/od der Pyroxen n-Gehalt) gebunden. g A Als Begleitm minerale der Serpenttinisierung können Magnettit und Mg-reiche Karb bonate (Maagnesit) gebildet werd den, in Abhhängigkeit vom v FeGehalt der Primärminerale (Olivin und d/oder Pyrroxen) und d der Zusaammensetzung der hydroth hermalen Lösung (C CO2-Gehalt)). Für diee Ausbildu ung als Chhrysotil be edarf es besond derer Bedin ngungen während w dees Wachstu ums. Vor alllem muss ein Wachstum in eine Riichtung, allso in eine en in dieseer Richtun ng offenen Raum geggeben sein n. Daher kommtt Chrysotil vorwiegend v d in Klüften n und Gängchen vor. Abbildu ung 3 g erhalten n, der Rand ((bräunlich) ist stark Ultramaafisches Gesttein (Dunit)) im Kern nooch relativ gut in Serpeentinmineraalien umgew wandelt und kann als Serrpentinit bezzeichnet weerden Abbildu ung 4 urch feine Gängchen vvon vorwieegend Chryssotil (hell) gekennzeichnet ist. Serpenttinit, der du Bildbreiite entsprich ht etwa 4 cm m 1.2.2. Amphibolasbest Die Amphibole stellen in der systematischen Mineralogie eine umfangreiche Mineralgruppe dar. Sie gehören zu den Inosilikaten (Bändersilikate, oder Doppelkettensilikate, Abb.4). Die Grundstruktur der Amphibole lässt sich als unendliche Doppelketten (Bänder) darstellen (Abb.5). Die allgemeine chemische Formel für die Amphibole lautet: X2VIII Y5VI (OH,F) (Z4O11) X = Ca, Na, K, untergeordnet MnII, FeII, Mg Y = Mg, FeII, FeIII, Al, Mn, TiIII Z = Si, Al Abbildung 5 Doppelkette (Band) aus SiO4-Tetraedern als Grundstruktur des Kristallgitters der Amphibole In Abhängigkeit von der Kombination der oben angeführten Gitterbausteine, wird strukturell zwischen Orthoamphibolen (haben orthorhombische Struktur) und Klinoamphibolen (haben monokline Struktur) unterschieden. Bei den Orthoamphibolen ist die 8-Koordination (X) nicht besetzt, es treten somit keine großen Kationen wie Ca, Na, K auf. Die Klinoamphibole entsprechen der oben angegebenen allgemeinen Formel. Aufgrund der Kristallgitterstruktur (Bänder) zeigen Amphibole meist nadeligen bis stängeligen Habitus (Wachstumsform). In seltenen Fällen können die ausgebildeten Nadeln in ihrer Dimension einer Asbestfaser entsprechen, man spricht dann von Amphibolasbest. Folgende Arten von Amphibolasbest können unterschieden werden: Orthoamphibole Anthophyllit Klinoamphibole Aktinolith-Tremolit (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2 Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2, Tremolith ist das nahezu reine MgEndglied (Mg/Mg+FeII = 0.9 bis 1.0), Aktinolith ist das Fereichere Glied (Mg/Mg+FeII = 0.5 bis 0.9; Hawthorne 1985) Cummin ngtonit-Grü ünerit Riebeckkit (Krokydo olith) Ca C 0-1.3(Mg,F Fe)5.7-7Si8O22 rünerit ist das nahezzu reine 2 (OH)2, Gr II Fe-Endglied F d (Mg/Mg+ +Fe = 0 biis 0.3), Cum mmingtonitt ist das Mg-reiche M G Glied (Mg/Mg+FeII = 0.3 0 bis 1.0; Hawthorne 1985) Na N 2Fe4(OH))2(Si8O22) Bei dem immer wieder au uftauchend den Namen „Amosit““ handelt es sich um u kein eigensttändiges Mineral, M son ndern um eine Mischung auss Aktinolithh-Tremolitth, bzw. Cummingtonit-Grünerit. Derr Begriff A Amosit wird d nur meh hr als indusstrieller Te erminus für Asbest verwen ndet. Amphib bole sind gesteinsbilldende Miinerale und können in nahezuu allen Ge esteinen vorkom mmen. Min nerale der Aktinolith h-Tremolit-Gruppe, die die häuufigsten de er oben genann nten, selten n als Am mphibolasbeestart aufttretenden Amphibolle sind, kommen k vorwieggend in niedrig mettamorphen n, überwieg gend regio onalmetam morphen Ge esteinen (z.B. Grrünschieferr, Abb. 6) vo or. Aktinoliith bildet sich meist aus einer M Mineralreaktion mit Calcit (CaCO3) und/oder Dolomit (CaMg(C CO3)2), od der Ca-reiichem Pla agioklas (CaAl2SSi2O8), die als a sogenan nnte „Ca-Lifferanten“ fungieren. f Aktinolith A kkann sich auch a aus der meetamorphen n Umwand dlung von Clinopyroxxenen (Ca((Mg,Fe)(Si2 O6)) in ma afischen vulkaniischen und d plutonisschen Gestteinen bild den, wobei in derarrtigen Fälllen das Primärm mineral Cliinopyroxen n das nötigee Ca zu Bild dung des Aktinolithess liefert. Für daas büschellig feinnad delige Wacchstum müssen m gan nz besonddere Bedin ngungen herrsch hen. Ein deerartiges Wachstum W kann nur unter restriktivem W Wachstum m in nur einer R Richtung vo or sich gehen. Diese W Wachstumssbedingung gen könnenn nur in Ge esteinen gegeben n sein, die unter gericchtetem Drruck stehen n, woraus sich senkreccht zur max ximalen Druckriichtung Dehnung D ergibt. e Deeshalb wachsen Asb bestfasern überwieg gend in Gängch hen, die innerhalb eine es Gesteinss Dehnungsserscheinun ngen darsteellen. Abbildu ung 6 hiefer Grünsch 1.3. U Unterschie ede der Assbestarten n Serpenttinasbest hat h eine ho ohle Röllch enstrukturr. Die Röllcchen sind eelastisch biegsam. b Die chemische Zusammens Z setzung dees Serpenttinasbestess ist sehr homogen n, durch geringee FeO-Gehaalte charak kterisiert. Die Elemeente Si und d Mg dom minieren ein ndeutig. Serpenttinasbest isst weit häu ufiger als Am mphibolasb best. Letzte erer machtee etwa nurr 5% der ehemalls industrieell genutzte en Asbestm minerale auss. Amphib bolasbest isst bezüglicch seines Habitus durch d feine e, spröde Nadeln, diie nicht elastiscch verformbar sind, charakteris c iert. Die ch hemische Zusammens Z setzung ka ann sehr variabeel sein, vorr allem kom mmen, vergglichen mitt Chrysotilasbest, Eleemente wie e Fe, Ca, Na könn nen in unteerschiedlich hen Mengeen vertreten n sein. A n 1.4. IIdentifikation der Asbestarten Eine eindeutige Identifikattion der u unterschied dlichen Mineralartenn, die als Asbest ausgebiildet sein können, k ist mittels RD DA (Röntgeen-Diffrakto ometer-Anaalyse) mögllich. Auf der Bassis der unteerschiedlicchen Kristaallgitterstru uktur von Chrysotil, C A Antigorit, bzw. den unterscchiedlichen n Amphibo olasbestarteen, resultieeren diagn nostische G Gitterabstände (dWerte) in den jew weiligen Rön ntgendiffraaktogrammen (Abb. 7, 8). Die Ideentifikation n der für W form (feinee Fasern) isst jedoch m mittels RDA A NICHT Asbest charakteristischen Wachstumsf möglich h. Abbildu ung 7 n-Diffraktoggramm einess Amphibol- Asbestes Röntgen Abbildu ung 8 n-Diffraktoggramme von Serpentinaasbest-Minerralphasen Röntgen Eine Identifikattion von n Asbestm mineralen, entspre echend ihhrer deffinierten Wachsttumsform, ist daher ausschließ ßlich mitteels mikroskopischer Untersuch hung (> 400-facche Vergrrößerung, Abb. 9),, oder mit m analyttischen Innstrumente en, die Vergröß ßerungen über 1000 0-fach liefeern, möglicch. Dafür steht s das R Raster-Elek ktronenMikroskkop (REM, Abb. A 10), oder o eine E Elektronenstrahl-Mikro osonde (EM MS) zur Verrfügung. Mittels der EMS kaann gleichzzeitig die ch hemische Zusammens Z setzung de r Mineralfa asern Abbildu ung 9 kopaufnahm me (im Durch hlicht unter gekreuzter Stellung der Polarisatooren) von Am mphibolMikrosk Asbestfaasern (grün)). Die Bildbrreite entspriicht etwa 60 00 µm Abbildu ung 10 ufnahme (B BSE-Image, back scatteer electron image) vo on zum Teeil WHO Am mphibolREM-Au Asbestfaasern Abbildu ung 11 E mittells REM einner Clinoam mphibolChemiscche Analysee (Energie--dispersivess System EDS) Asbestfaaser quantittativ analyssiert werden. Eine ch hemische Analyse A istt auch mitt ttels REM, das mit einem Energie-disspersiven Detektor D (E EDS) ausgeerüstet sein muss, m möglich (Ab bb. 11), jedoch kann bei einer qua antitativen Analyse nie n die Prräzision ei ner EMS erreicht werden n. 1.5. Q Quantifizierung von n Asbestmiineralfasern Wurde das Vorhandensein von v Asbestm mineralfasern in eine em Gestein,, Material, Luft L etc. eindeuttig mittels den unter Kapitel 1.4 4. genanntten Method den nachgeewiesen, istt in den meisten n Fällen eiine Quantiffizierung d der Menge der Asbesstfasern voon entscheidender Bedeutung. Folgeende anallytische M Methoden können derzeit d zurr Quantifiizierung herangeezogen werden: 1.5.1. B Bestimmung der Kon nzentratio on von Asbe estfasern in i der Luftt Die Kon nzentration n der Asbestfasern in n der Luft (z.B. ( Konze entration deer Asbestfa asern in der Lufft am Arbeeitsplatz) wird w meistt mittels der d Menge der Asbesstfasern prro 1 m3 bestimm mt. Die Un ntersuchung gen gehen auf M. Mattenklott (1 1998) zurüück. Dabei werden Luftpro obennahmeen mit go oldbeschic hteten Keernporenfilltern, odeer Zellulossefiltern durchgeeführt. Von den bea aufschlagteen Filtern wird ein kleiner Teeil mikrosk kopisch, mittels RDA, oderr mit REM ausgewerrtet. Dabei wird die Anzahl A derr Asbestfasern pro definierrter Fläch he identifiziert, die chemisch he Zusamm mensetzungg semiqua antitativ bestimm mt (mittels REM), ausgezähllt und au uf die Ge esamtmengge der Lu uftprobe interpo oliert. Die mik kroskopische Auswerrtung basieert auf derr Phasenkon ntrastmikro roskopie (Abb. 12). Dabei w wird eine geringe Prrobenmengge auf eineen Glasträger in eineer Flüssigk keit mit bekann ntem Brechungsindex aufgebrach ht. Die Iden ntifizierung g der Asbesstfasern erffolgt auf der Baasis der optischen Eigenschaaften der einzelnen n Asbestfa fasern, die e einen Durchm messer von n 1 µm habe en müssen n. Die Quan ntifizierung basiert auuf Schätzun ngen der Faserm menge auf mindestens m 100 Gesicchtsfeldern. Die Nachw weisgrenzee liegt etwa a bei 0.1 bis 1.0% %; der Fehller ist relattiv hoch. Abbildu ung 12 mikroskop Phasenm Die Ph hasenkontrrastmikrosk kopie wird d in der Regel zusammen m mit der InfrarotI Spektrooskopie (Ab bb. 13) an ngewendett. Dabei wird w die definierte d P Probenmen nge mit Kaliumbromid veermischt und u zu ei ner Tablette gepressst. Die Iddentifizieru ung der Asbestffasern erfo olgt anhand der chaarakteristischen Infra arot-Spektrren der einzelnen Asbestm minerale. Die D Nachwe eisgrenze lliegt bei Seerpentinasb bestfasern bei ca. 1 Masse%, M bei Amp phibolasbeestfasern be ei ca. 5 Massse%. Abbildu ung 13 op Infrarott-Spektrosko Die Ausswertung mittels m REM M verlangt, dass das Probenmate P erial in Pullverform mit m einer Korngröße < 100 0 µm vorliiegt. Gröbeere Anteilee müssen abgesiebt a und mittels eines Mörserrs weiter feein aufgema ahlen werd den. Ein rep präsentativ ver Anteil ddes Pulvers wird in einer SSuspension n auf ein Filter au ufgebrachtt und die Menge dder Asbesstfasern, entspreechend derr definierte en Abmesssungen, prro mg iden ntifiziert unnd berechn net. Die Nachweeisgrenze wird w auf ca. 0.008 Massse% gesch hätzt. 1.5.2. B Bestimmung des Massenanteills von Asbe estfasern in mineraliischen Roh hstoffen Das Vo orkommen n von Asb bestminera lfasern istt auf ganz bestimm mte Gesteiinsarten beschräänkt. Dazu u gehören in ersterr Linie ulttramafische e Gesteinee (Peridotite und Pyroxen nite), mafiische pluto onische Geesteine (Gaabbro), ma afische vulkkanische Gesteine G (Basalte) und ulltramafisch he bis maafische maagmatische Gesteine,, die mettamorph geword den sind (Diabase, Chloritsch hiefer, Ak ktinolithsch hiefer, Tallkschiefer bis zu Amphib boliten), sieht man von den ehemals als Asbesstlagerstättten klassiffizierten Lokalitääten ab. Generell G la assen sich h zwei Artten des Auftretens A von Asbesstfasern untersccheiden: a) Asbestfaseern als unttergeordneeter Minerralbestandtteil in meiist feinen Klüften, Scherzonen und Brucchzonen un nd b) Asbestfaseern als ak kzessorisch hen Minerralgemengtteil (unterr 1 Modal%) im Gestein. Ähnlich h wie die quantitative e Bestimmu ung von Assbest-Konze entrationenn in der Lu uft, wird heute aauch die Ko onzentratio on von Asb bestfasern in Gestein nen und annderen Matterialien (z.B. Assphalt) nacch dem BIA A 7487 (BG GIA 7487) Verfahren bestimmt.. Dieses Ve erfahren wird en ntsprechen nd TRGS 517 5 empfoh hlen und ist i in Deuttschland ooffiziell ane erkannt. Dabei w wird ein rep präsentativ ver Teil ein ner Gestein nsprobe mitttels Brechher zerklein nert und auf einee Korngröß ße < 100 µm m vermahleen. Ein Teill des Pulverrs (meist um m die 20 mg) m wird in destilliertem Wasser suspendier s rt, danach das Wassser filtrieert und der d mit Pulverk körnchen beschlagen b ne Filter m mittels REM M (Abb. 14 4) und RDA A untersuccht (auf einer F Fläche von 0.5 bis 0.5 55 mm2 w erden die Asbestfase ern gezähltt und in Vo olums% umgereechnet). Die Quantifizzierung erffolgt über das Volum men der Assbestminera alfasern im Verggleich zum suspendierten Volum men. Die Naachweisgre enze dieserr Analytik wird w mit 0.008 M Masse% anggegeben. Abbildu ung 14 Elektronen-Mikroskop (REM) ( Raster-E Abbildu ung 15 ufnahme zurr Abmessung g und Abzäh hlung von Asbestfasern REM-Au 2. SiO O2-Gehaltt – Quarzz-Gehalt Begriffsde efinition SiiO2-Gehaltt 2.1. B Unter d dem SiO2-G Gehalt ist de er Gehalt e ines Gesteiines, eines Materials ((unabhäng gig ob es sich um m Lockerm material, od der ein verrfestigtes Material M ha andelt) am chemischen Stoff SiO2, an ngegeben in i Gewichts (Masse)% %, zu versttehen. Grundsätzlich geht es da abei um den Geehalt eines Materials am Elemeent Si, dass in der ch hemischenn Analyse als a SiO2 angegeb ben wird. Abbildu ung 16 ehalt Tabelle der chemiscchen Zusammensetzungg von Gesteiinen mit untterschiedlichhem SiO2 Ge 2.2. Begriffsde efinition Quarz-Geha Q alt hemischen Formel SiiO2, ist ein Mineral und u gehörtt systematiisch zur Quarz, mit der ch Ein Minerall ist, laut Definition, ein physiikalischGruppee der Silikaate (Tektossilikate). E chemisch einheitlicher, natü ürlicher Besstandteil deer Erde (Ab bb. 19). Im m Unterschied dazu n Kristall ein hom mogener Körper, dessen d atomaren B Bestandteille eine ist ein dreidim mensionale,, symmetriische Anord dnung aufw weisen, womit ein Kriistallgitter als DAS Charaktteristikum des Krista alls entsteh ht. Kristallee müssen nicht natürrlichen Urssprungs sein, so ondern kön nnen auch synthetiscch erzeugtt werden. Bei den m meisten Min neralien handeltt es sich um kristalline Bestand dteile, jedo och gibt es auch krypptokristallin ne, oder auch am morphe Miinerale, die e keine geoordnete Kristallstrukttur aufweissen. Der Quarz Q ist ein Miineral, dass u.a. durch eine R Reihe von morpholo ogischen uund strukturellen Besond derheiten gekennzeichnet ist,, wodurch h sich diie physikkalisch-chem mischen Eigenscchaften (Faarbe, Härte,, piezoelekttrischer Efffekt, Dichte e, Lichtbrecchung etc.) ändern können n. Derartigg unterschiiedliche Errscheinung gsformen eines e Mineerales werrden als Varietä äten bezeich hnet. Beim Quarz kön nnen folgen nde Varietätten unterscchieden we erden: a) P Phanerokrristalline Varietäten V Berg gkristall (faarblos, durchsichtig, A Abb. 17). Milcchquarz (trrüb, leicht durchschein d nend, Trüb bung ergibtt sich durchh eine Vielzzahl von Flüsssigkeitsein nschlüssen). Rau uchquarz (graue ( bis grau-schw warze Farrbe, Letztere weird auch als Morion bezeeichnet; diee Farbe enttsteht durcch Verunreiinigungen von v Al, Fe uund H). Ameethyst (viollett, Abb. 18; die Farb be entstehtt durch Verrunreinigunngen an Fe e2+, Fe3+, unteergeordnett Al, H etc., wobei zu usätzlich eine radioak ktive Bestra rahlung nottwendig ist).. Citrrin (gelb, die Farbe berruht auf Errhitzen von n Amethyst auf 450oC)). Roseenquarz (lichtrosa, Farbgebung F g entsteht durch Verunreiniguung von Mn, M oder durch feine Beeimengung von Rutiln nadeln als feeinste Einschlüsse). Blau uquarz (inttensiv blau u, durchsich htig, Farbeeindruck be eruht, wie beim Rose enquarz, auf Rutileinsch hlüsse). Abbildung 17 hanerokrista alline Variettät des Minerals Quarz) Berggkristall (ph Abbildung 18 V d des Quarzes (rechts Ame ethyst) Weitere phanerrkristalline Varietäten Abbildung 19 en) von Quaarzkörnern (hell) in Mikrroskopbild (Durchlicht, parallel Sttellung der Polarisatore Form m von Falten n im Gestein n (Grünschieefer) angeorrdnet. Bildbreite entsprricht etwa 3 cm b) K Kryptokrisstalline Va arietäten Kryptokristalliiner Quarz besteht au us allerfein nsten (im µm m-Bereich)) Fasern un nd/oder Körrnchen, die dichte, ho omogene M Massen bild den. Krypto okristallinee Quarz-Varietäten entsstehen durch sehr rasche Fäällung (vieele Kristalllkeime) aaus meist niedrig tem mperierten, SiO2-reichen Wässerrn. Entsprechend der Ausbildunng (Anordnung der Faseern, Körnerr) und Farb be werden u.a. unterschieden: Abbildung 20 k lline Varietäät des Minerrals Quarz Challcedon als kryptokristal Abbildung 21 ön gebänderrter Achat als kryptokriistalline Quaarz-Varietät Schö C Chalcedon (durchsche einend, bis dicht, Abb. 20) C Carneol (bllutrot bis gelblich) C Chrysoprass (durch Verunreinigu ung von Ni apfelgrün) a A Achat (zeiggt rhythmisschen, feinsschichtigen n Aufbau vo on feinsten Fasern, La agen mit w wechselnder Färbu ung, hervvorgerufen durch Fremdeinnlagerungen n. Die rrhythmisch hen Lagen entstehen e d durch unteerschiedlich he Porositäät, Abb. 21) JJaspis (und durchsichtig g, meist inttensiv gefärrbt). Abbildu ung 22 V des Minerals M Qu uarz Opal als amorphe Varietät c) A Amorphe Varietät V Amo orpher Quaarz bedeuttet, dass ess sich um einen e nicht-kristallinnen Quarz handelt, h verggleichbar mit m einer „e eingefroren nen Flüssigk keit“ (Glas)). Amorphee Quarz-Varietäten entsstehen meiist durch th hermale Zeersetzung von v Silikate en, wobei ddas SiO2 in Lösung gehtt und dann n als Kieselg gel wieder aus heißen n Quellen gefällt wird.. Dazzu gehört der d Opal (mit ( seinen n verschiedenen Farbvarietätenn, gemeine er Opal, Edeelopal etc., Abb. A 22, 23 3), der aus hydratisierrtem Kieselgel (SiO2.nnH2O) besteht. Der Wasssergehalt kann bis zu z 20 Gew..% betrageen. Die Kieselgelküge lchen weissen eine Größe von 15 500 – 400 00 Å und sind meisst lagig, mit m dazwiscchen befin ndlichen Wasssermolekü ülen, ange eordnet. Durch Veerunreinigu ungen unnd diese feinste Wecchsellageru ung entsteh hen die bekkannten „Faarbspiele“ des d Opals. Abbildu ung 23 n Opal im Ge estein Feine Gäängchen von 2.3. B Bestimmu ung des fre eien Quarzz-Gehaltes 2.3.1. M Mikroskop pische Bestiimmung Der freeie Quarz-G Gehalt eine es Gesteinees wird in erster Lin nie mikroskkopisch be estimmt. Dabei w werden an n petrograp phischen D Dünnschlifffen unter dem d Polariisationsmik kroskop die Anzzahl der errkennbaren n Quarzmin neralkörneer ausgezäh hlt. Das Errgebnis ist der %Anteil d des freien Quarzes Q am m modalen Mineralbesstand (NICHT Masse% % !). Bezüg glich der Korngröße der noch n mikro oskopisch identifizierrbaren freien Quarzkkörner kan nn eine Minimaalgröße von n 3-5 µm an ngegeben w werden. Abbildung 24 e Körner Mikrroskopbild (Durchlicht,, gekreuzte SStellung derr Polarisatorren). Helle bbis hellgraue sind d Quarz 2.3.2. SSemiquanttitative Bestimmung d des Quarz-G Gehaltes mittels RDA Aus dem m Gestein (Material), ( an dem deer freie Quaarzgehalt errmittelt weerden soll, wird w ein analyseefeines Pullver hergestellt, von dem sodaann eine RDA R durchhgeführt wird. w Im Röntgen-Diffrakto ogramm geben g die Intensitääten der einzelnen Peaks in n einer polymin neralen Probe die Ko onzentratioonen der einzelnen Minerale an.. (Abb. 25) Um ein Röntgen-Diffrakto ogramm sem miquantitaativ auswerrten zu kön nnen, müsseen jedoch Abbildu ung 25 n-Diffraktoggramm einerr Quarz-reic hen Probe Röntgen Standarrdproben zur Verfüg gung steh en, mit deenen die zu untersuuchenden Proben verglich hen werd den könne en (als SStandardprroben zurr Ermitteelung des freien Quarzggehaltes solllten zumin ndest Diffrraktogramm me von 100 0% Quarz, 50% Quarz, 25% Quarz u und 5% Quarz zur Verfügung V stehen; diee Genauigk keit hängt u.a. auch von v der Anzahl der zur Verfügung V stehenden s Standardss ab). Probe(n) und SStandards müssen unter d den gleicheen Analyseb bedingungeen aufgeno ommen worden sein. Der Fläche eninhalt (teilweise wird au uch die Höhe der Peaaks herangeezogen) de er einzelnenn Quarz-Pe eaks, im Vergleich zu den Standardproben, erggibt eine seemiquantita ative Abschhätzung de es freien Quarzggehaltes. Alss Genauigk keit bei Quaarz kann etw wa ± 1 % angegeben a w werden. 2.3.3. K Kalkulierteer freier Qu uarzgehalt ((= normativer Quarzg gehalt) Eine weeitere Möglichkeit den Gehalt an n freiem Qu uarz in einem Gesteinn abzuschätzen, ist auf der Basis der geochemisc g chen Zusam mmensetzu ung (des miit der RFA aanalysierte em SiO2Gehaltees). Die beekannteste Kalkulatioon ist die CIPW-Norm C m Berechnnung, die in n erster Linie fü ür magmatische und metamorph m he Gesteine angewen ndet wird. A Als Voraussetzung für ein ne derartigge Errechn nung des normativeen Quarzg gehaltes isst eine vo orherige Identifiikation dess freien Quarzes mitttels Mikro oskopie od der Röntgeen-Diffrakttometrie (RDA) n nötig. Abbildu ung 26 bestand (miittels CIPW-Norm) eines Gesteinees mit 52.86 6 Gew.% Kalkulieerter modaler Mineralb SiO2 Die auffgeführten Möglichkeiten den Q Quarzgehaltt zu bestim mmen geheen davon au us, dass der Qu uarz in kriistallinem Zustand vvorliegt. Nu ur dann kann der Q Quarz in der d RDA eindeuttig identifizziert werde en. Bei kryp yptokriallinen Varietätten des Quuarzes (Cha alcedon) ist in den meisten n Fällen ein ne mikroskkopische Bestimmung g nicht mehhr möglich h, da die einzeln nen Quarzfaasern zu feinkörnig f sind, um diese unte er dem Mikkroskop, auch a bei Verwen ndung hoheer Vergrößerungen (6 600 bis 100 00-fach), no och identifi fizieren zu können. k Auch d die Anwend dung der RDA R ist offt problematisch, da diese Quaarzvarietät nur als „schlech ht“ kristalllisiert vorlliegt. In deerartigen Fällen F ist im i Röntgeen-Diffrakto ogramm kein richtiger Peak mehr zu z erkenneen. Die Ideentifikation n derartig kryptokrisstalliner Quarz-V Varietäten ist mitte els Rasterr-Elektroneen-Mikrosko opie (REM M) möglich h, eine Quantiffizierung isst jedoch scchwierig un nd sicher feehlerhaft. Bei amorphen Varrietäten de es Quarzes ist eine eiindeutige Identifikati I ion mit keiiner der oben angeführten n Methode mehr durrchführbar. Eine Besttimmung iist daher lediglich mittels REM möglich, eine Qu uantifizieru ung nahezu u unmöglich. Abbildu ung 27 nahmen. Billdbreite entsspricht jewe eils etwa Chalcedon in untersschiedlicherr Ausbildungg. REM-Aufn 12 µm 3. Die e gesetzliiche Lage e kdaten der derzeitlich hen gesetzllichen Lagee bezüglich h des Gefahhrenpotentials und Die Eck der Verrwendung von v Asbestt und anderren lungeng gängigen Mineralpart M tikel stamm men aus: Chemik kalien-Verb botsordnun ng 2003 (F Fassung vo om 01.04.2014, Abschhnitt II) in nklusive der Änd derungen, entspreche en BGBl. II 158/2005, BGBl. II 114/2007, 1 B BGBl. II 27 76/2007 und BG GBl. II 361//2008; Gre enzwerteveerordnung 2011 (GKV V 2011, BG GBl. II 429 9/2011), sowie d der EU Rich htlinie 83/477/EWG inklusive der d Änderu ung 2003/118/EG (Sch hutz der Arbeitn nehmer geggen Gefährd dungen durrch Asbest am Arbeitssplatz). 3.1. A Asbestarteen Folgend de Mineralaarten werd den als Asb estarten deefiniert: Aus derr Serpentin ngruppe: Ch hrysotil, CA AS-Nr. 1200 01-29-5 ktinolith, C AS-Nr. 775 536-66-4 Aus derr Amphibollgruppe: Ak Am mosit, CAS--Nr 12172--73-5 An nthophyllitt, CAS-Nr. 77563-67-5 7 5 Krrokydolith,, CAS-Nr. 12001-28-4 Trremolit, CA AS-Nr. 7756 63-68-6 Die Deffinition als lungengän ngige Asbeestfaser bezzieht sich auf a die WH HO: Länge > 5 µm, Breite < 3 µm und d ein Längen : Breiten--Verhältniss von > 5 : 1. 1 3.2. B Bedingung gen am Arb beitsplatz Kein Arrbeitnehmeer darf ein ner Asbestffaserkonzeentration in n der Luft von mehrr als 0.1 3 3 Faser p pro cm (= 100 000 Fasern proo m ) inneerhalb eines Referenzzzeitraumes von 8 Stunden n ausgesetzzt sein. 3.3. A Anwendun ng von asbesthaltige n Stoffen/M /Materialie en Das Invverkehrsetzzen und die e Verwend dung von naatürlichen Rohstoffenn mit einem m Gehalt von > 0.1 Massee% an Asb bestfasern,, sowie diie Herstelllung von Stoffen, in n denen Asbestffasern absichtlich zug gesetzt worrden sind, ist seit 2005 5 verbotenn. 3.4. M Messung der d Asbestk konzentrattion Die A Asbestkonzentration in der Luft am m Arbeitsplatz istt mittels eines Phasen nkontrastmikroskopess, eines R REM, oderr eines an nderen Veerfahrens, das zu zumind dest gleichw wertigen od der repräseentativen Ergebnissen E n führt, zu m messen. 4. Gessundheitssaspekte e kant unte erschiedlich hen Struk ktur der beiden A Asbestminerralarten Aus der signifik (Serpen ntin- und Amphibolas A sbest) ergeeben sich deutlich untterschiedlicche Auswirrkungen auf diee Gesundh heit, obwoh hl der Gessetzgeber in Österre eich seit 11999 hier keinen Unterscchied mehrr sieht. Chrysottil-Asbestfassern (Abb. 28) sind d durch ihre hohe Elastizitätt und ihrer sehr einfach hen, homo ogenen ch hemischen Zusamm mensetzung charakteerisiert. Kommen K derartigge Fasern in das Lungengeweb be, so kön nnen diese sich prakt ktisch nichtt in das Gewebee „bohren““. Weiters gibt es seiit geraumeer Zeit eine e Reihe voon internattionalen Publikaationen, in denen kla argelegt w ird, dass Serpentin-A S Asbest NIC CHT als ka arziogen (krebsffördernd, Krebs K verurrsachend) eeingestuft wird w ! Der Grund G dafüür liegt in der Abbildu ung 28 gsam elastissch sind Serpenttinasbestfaseern, die bieg Tatsach he, dass daas Lungensekret des menschlich hen Körperrs an Si unnd Mg unte ersättigt ist. Befiinden sich Serpentin-Asbestfaseern in der Lunge, we erden diesee im Zeitra aum von Monateen aufgelöst (Hume & Rimstidt 1 1992, Nolan n et al. 1997 7, Dunnigann 2007 etc.). Bei Amphibolasbeest handelt es sich um m feine Nad deln, die du urch eine sspröde Eige enschaft und seehr variablen Chemissmus gekeennzeichnet sind. Gelangen derrartige Nädelchen durch E Einatmen in n das Lung gengewebe (Zwerchfeell, Bauchfell), so könnnen sich die ese sehr wohl feestsetzen, in i das Zelllgewebe boohren. Ein Auflösen dieser Am mphibolnade eln, wie vergleicchsweise bei b Chryso otilfasern, wird eineerseits durrch die stäärkere che emische Bindun ng in derr Amphibo olstruktur, anderersseits durch h den hööheren Fe e-Gehalt verhind dert, oder zumindestt signifikan nt verzögeert. Daher sind Ampphibolasbesstfasern sicherliich mit eineem weit höheren Gesu undheitsrissiko behaftet als Serpeentinasbesstfasern. Abbildu ung 29 Amphibol-A Asbestnadeln n Spröde A n Unterscchiede von Serpenttin- und Amphiboll-Asbest Trotz dieser signifikanten untersccheidet derr Gesetzgeb ber seit 199 99 nicht ! 5. Krittische Be etrachtun ng Serpenttin-Asbest tritt t nahezu u ausschlieeßlich in meist m feinen n Gängchenn, in Klüfte en (Abb. 30) und Störungsszonen inn nerhalb voon ultramafischen Ge esteinen (SSerpentiniten) auf. Amphib bol-Asbest ist i ebenso überwieggend in fein nen Gängcchen und K Klüften geb bunden, jedoch kann sporadisch (A Abb. 31) a uch in meeist schwach metam orphen Ge esteinen (vorwieegend Grün nschiefer, Amphibolit A ten) auftretten. Aus dieser Art dees Auftrete ens geht schon hervor, daass eine Quantifizier Q rung schw wierig ist. Die derzeeit zur Verfügung stehend de Methode, die in Deutschland D d zertifizierrt und ane erkannt ist,, ist das BIIA 7487 (BGIA 7487) Veerfahren. Dabei D wird d von ein ner genom mmenen G Gesteinspro obe, die aufgem mahlen wird d, 20 mg in n Suspensiion gebrach ht und dav von werdenn auf einerr Fläche von 0.5 5 – 0.55 mm m2 Asbestfa asern unterr dem REM ausgezähltt. Abbildu ung 30 m Serpentin n-Asbest geffüllt sind Gängcheen im Serpentinit, die mit Abbildu ung 31 kopbild (im Durchlich unter gekreu uzter Stellun ng der Polariisatoren). Am mphibolMikrosk Asbestn nadeln als Einschlüsse im m Plagioklass im Gestein n. Bildbreite entspricht eetwa 1.5 mm m Die folggenden Abb bildungen sollen s die R Repräsentanz der Qua antifizierunng des Asbe estGehaltees in einem m Gestein krritisch betr achten. Steinbrruch eines Grünschief G fers Mit roteen Punkten n markiert sind Stellen n, wo weniige Asbestfa asern im Geestein nachgew wiesen worden sind. Der rot um mrandete Beereich kenn nzeichnet ddie Stelle, wo eine „reprässentative“ Gesteinspro G obe genom men wird. Der Gessteinsprobeenahmepun nkt heraussgezoomt. Die D beiden roten Kreuuze markierren Stellen,, wo akzesssorisch Asb bestfasern aauftreten. Im gelb b umrandetten Bereich h mit den rooten Kreuzen (links) tritt t akzesssorisch Asb best auf, der rech hte gelb um mrandeten Bereich istt asbestfreii. Abbildung oben linkss) genomm mene Probe enthält Die auss dem asbeesthältigen Bereich (A an den mit roten Kreuzen K ge ekennzeich hneten Bereeichen wen nige Asbestf tfasern (bassiert auf umfanggreiche mik kroskopisch he Untersu uchungen und Analyse en mittels R REM, SEM). ne Quantifiizierung de er Asbestkkonzentratiion nach dem d BIA 77487 (BGIA A 7487) Um ein Verfahrren vorzunehmen, wird diesse etwa 4 kg Gestteinsprobee gebroche en und aufgem mahlen. Vom m Gesteinsp pulver werrden 20 mg in Suspension gebrracht und von v den 20 mg werden Partikel P au uf eine Flääche von 0.5 – 0.55 mm2 auusgezählt und u die Konzen ntration vo on Asbest auf die geesamte Pro obe interpo oliert. Auss diesem Ergebnis E erfolgt die weiteree Schlussfo olgerung (d die Interpolation) auf den d gesamtten Steinbrruch ! menhang sollten s auch h die Konsequenzen in i Betrachtt gezogen werden, w In dieseem Zusamm die auss einer deraartigen ana alytischen Quantifizieerung der Asbestkonz A zentration für den Betreib ber des anfangs ge ezeigten Stteinbruchees resultie eren. Wurdde in derr einen „reprässentativen““ Probe ein ne Asbestkoonzentratio on > 0.1 Masse% M nacchgewiesen n, wäre, nach deer derzeitiggen gesetzliichen Lage , der betrefffende Stein nbruch zu sschließen ! Der so o genannte „repräse entative C Charakter einer derrartigen U Untersuchun ng und Quantiffizierung isst daher zu hinterfrageen ! Die derzeitige geesetzliche Lage bezü üglich der Konzentra ation an kkryptokristtallinem und/od der amorph hem Quarz ist ungewiiss. Noch exxistieren keine rechtllichen Grun ndlagen. Jedoch soll auch bei diesem m Thema h ier darauf hingewiessen werdenn, dass sch hon eine eindeuttige Identiffizierung vo on „nicht-kkristallinem m“ Quarz au uf erheblichhe Schwieriigkeiten stößt. IIdentifikation ist nur mittels RE EM oder SE EM möglich h. Eine Ideentifikation n mittels Mikrosk kopie hängt von de er Korngrööße derarttiger Quarrzvarietätenn ab, wob bei eine Korngröße von zu umindest 3 µm gegebeen sein müssste. Abbildu ung 32 Bläulich her, amorp pher Quarz (Opal) im G Gestein als Hohlraumfüllung 6. Zussammenffassung ASBEST T: ¾ T Trotz sign nifikanter mineralogis m scher Unteerschiede der d Asbesttarten (SerrpentinA Amphibol-A Asbest), macht der Geesetzgeber keinen Unterschied. ¾ D Die Identtifizierung von Asb best ist mittels Mikroskopi M ie (> 40 00-fache V Vergrößeru ung), REM und EMS möglich. Mit M der RD DA ist die Identifikattion der M Mineralartt möglich, je edoch nichtt, ob es sich h dabei um m Asbest hanndelt, oderr nicht. ¾ B Beide Asbestarten treten als seehr unte ergeordnett akzesso orischer Mineralgem M mengteil im m Gestein auf, bevorrzugt in feinen Gängcchen, Klüftten und SStörungszo onen. Amph hibol-Asbeest sehr sellten auch im Gestein.. Serpentin n-Asbest ttritt nahezu ausschlie eßlich in u ltramafisch hen Gestein nen auf, wäährend Am mphibolA Asbest in mafischen magmatisschen Gestteinen und d mafischeen, meist schwach s m metamorph hen Geste einen (Grrünschieferr bis Am mphibolit) auftreten n kann. SSerpentin-A Asbest ist bei b weitem m häufiger als a Amphibo ol-Asbest. ¾ E Eine Quantifizierung des Assbestgehaltes in eiinem Gesttein ist äußerst p problematiisch. Obwo ohl es einee analytisch he Methode gibt (BIA A 7487), errscheint d die Reprässentanz dess analytisch hen Ergebn nisses bezo ogen auf eiine Gestein nsprobe, u und noch viel meh hr, bezogen n auf einen gesamtten Steinbbruchbereicch sehr ffragwürdigg ! ¾ Z Zur Überprüfung eines etwaigeen Asbestgehaltes in einem Steiinbruch ex xistieren d derzeit keinerlei Angaben übeer Größe der d Probe, Anzahl dder Proben n, sowie P meintervalll ! Probenahm Amorpher Quarz – SiO2 ¾ Der Quarz-Gehalt eines Gesteins bezeichnet den Anteil am Mineral Quarz im Gestein. Unter dem SiO2-Gehalt wird der Gehalt an Kieselsäure (SiO2) im Gestein verstanden. ¾ Bei den als mögliche „lungengängige“ Quarzpartikel zu verstehende Quarzvarietät, handelt es sich in erster Linie um amorphen (nicht kristallisiertem) Quarz. ¾ Amorpher Quarz tritt im Gestein akzessorisch, vorwiegend in Hohlräumen, Poren und in feinen Gängchen auf. ¾ Die Identifikation von amorphem Quarz im Gestein ist schwierig und ausschließlich mittels Mikroskopie (> 400-fache Vergrößerung), REM und EMS möglich. ¾ Eine Quantifizierung von amorphem Quarz ist bei weitem schwieriger und aufwendiger als seine Identifikation. Derzeit existiert kein zertifiziertes Verfahren. Der wesentliche Hintergrund dieser Präsentation ist einen Apell an den Gesetzgeber zu richten: Es wäre wünschenswert beim Thema „gesundheitsschädliche Mineralpartikel“ den mineralogischen Hintergrund zu betrachten und die Konsequenzen in Richtung Realität und Praxis für den (die) Anwender (Betreiber) zu bedenken !
