Grundbegriffe
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Dr. Z. Berner Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe VL2: Geschichtliches Geschichtliches - Grundbegriffe Dr. Z. Berner Die Anfänge… The road of Ta-manti Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe The road that leads to the sea The houses of the gold-working settlement Another road that leads to the sea The hill of Amas The shrine of Amun of the Pure Mountain The mountains in which gold is washed They are in this red color The road of Tent-p-mer Mountains of silver and gold Mountains of gold Quelle: http://www.eeescience.utoledo.edu/faculty/harrell/egypt/Turin%20Papyrus/Harrell_Papyrus_Map_text.htm VL2: Geschichtliches • Der Turiner Papyrus zeigt die Lageskizze eines ägyptischen Bergbaureviers um 1160 vor Chr. • Legende: „Die Berge, in denen Gold gewaschen wird. Sie sind in dieser roten Farbe.“ Gilt als die älteste erhaltene geologische (und lagerstättenkundliche) Karte der Welt. Bekhen -Stein Dr. Z. Berner Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe 1Es hat das Silber seine Gänge und das Gold seinen Ort, wo man es läutert. 2 Eisen bringt man aus der Erde, und aus dem Gestein schmilzt man Kupfer. 3 Man macht der Finsternis ein Ende, und bis ins Letzte erforscht man das Gestein, das im Dunkel tief verborgen liegt. 4 Man bricht einen Schacht fern von da, wo man wohnt; vergessen, ohne Halt für den Fuß, hängen und schweben sie, fern von den Menschen. 5 Man zerwühlt wie Feuer unten die Erde, auf der doch oben das Brot wächst. 6 Man findet Saphir in ihrem Gestein, und es birgt Goldstaub….. 9 Auch legt man die Hand an die Felsen und gräbt die Berge von Grund aus um. 10 Man bricht Stollen durch die Felsen, und alles, was kostbar ist, sieht das Auge. 11 Man wehrt dem Tröpfeln des Wassers und bringt, was verborgen ist, ans Licht. 12 Wo will man aber die Weisheit finden? Und wo ist die Stätte der Einsicht? Hiob 28: 1-6; 9-12 VL2: Geschichtliches Dr. Z. Berner Antike Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe • Naive Vorstellungen über die Gesteine, Erze und Minerale bei Heraklit (5. Jh. v.u.Z.), Aristoteles (5. Jh. v.u.Z.) • Urstoffe: - Wasser (Thales von Milet, 624-546 v.u.Z.) - Luft (Anaximenes, 585-525 v.u.Z.) - Feuer (Heraklit, 540-475 v.u.Z.) • Empedokles (494 – 434 v. u. Z.) VierElemente-Lehre: alles Sein besteht aus den vier Grundelementen Feuer, Wasser, Luft und Erde. VL2: Geschichtliches • Platon (ca. 428-347 v.u.Z.) ordnete den vier Elementen sowie dem Äther je einen regelmäßigen Körper zu, und • Aristoteles (384-322 v.u.Z.) versah sie mit Attributen (warm-kalt; feucht-trocken) Äther = den anderen vier Elementen zugrunde liegende Quintessenz (erst viel später Licht tragendes Medium) Pneuma = das Aktive in den Elementen; Mischung des Feuers und der Luft • Zenon (ca. 340 – 270 v.u.Z.) Feuer als Grundlage der Erde Dr. Z. Berner Römisch-antiker Kupferstollen "Emilianusstollen" in St. Barbara Wallerfangen Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe INCEPTA OFFI(=) CINA (A)EMILIANI NONIS MART(IIS) (Bergwerk des Aemilianus) Quelle: http://www.uu-neu.de/galerie/emilianus.htm VL2: Geschichtliches Bergbau im Römischen Reich aus: Gerd Weisgerber "Römischer Erzbergbau in Deutschland" Dr. Z. Berner Antike Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe • Plinius der Ältere (23 –79) • „Naturalis Historia“: Zusammenfassung über die Verwendung von Metallen und Gesteinen Erstickt beim Ausbruch des Vesuvs um 79 AD plinianische (explosive) Eruptionen Enthält 37 Bücher, fünf über Mineralreich: VL2: Geschichtliches - Beschaffenheit der Metalle, u.a. Goldminen der Zeit, wie man Gold finden kann - kupferhaltige, eisenhaltige, bleihaltige Metalle - Malerei, Plastik, Töpferkunst, Verschiedenheit der Erden - Beschaffenheit der Steine - Edelsteine http://penelope.uchicago.edu/Thayer/E/Roman/Texts/Pliny_the_Elder/frontispiece.html Dr. Z. Berner Mittelalter - Scholastiker Arabisch-muslimischer Kulturraum Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe • Ibn Sina (Avicenna): „Kanon der Heilkunde“ 1023; - Klassifizierung des Mineralreiches (Salze, Schwefel, Metalle, Steine) • Al Biruni: „Sammlung von Mitteilungen über die Kenntnis der Edelmetalle“ 1048 Abendland • Alchimisten Metalle: durch konzentrierte Strahlung der Planeten auf das Zentrum der Erde VL2: Geschichtliches • Albertus Magnus (1200-1280) Erzadern: vergleicht mit einem Destillations-Vorgang (die Hitze des Erdinneren treibt die feuchten Ausdünstungen in die Poren und Risse der Erdkruste, wo sie abgekühlt und ausgeschieden werden, ähnlich wie im Hals einer Retorte) http://nibiryukov.narod.ru/nb_pinacoteca/nbe_pinacoteca_philosophers_a.htm Dr. Z. Berner Renaissance Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe • Paracelsus (1493 - 1541): Minerale wachsen in der Erde als „Samen“, bis sie sich schließlich in „reife“ Metalle verwandeln… • Ulrich Rülein von Calw (1465-1523): „Eyn wohlgeordnet und nützlich büchlein, wie man bergwerk suchen und finden soll“ (1505), die erste wissenschaftliche Abhandlung über Bergbau in Deutschland • Georgius Agricola (Georg Pawer bzw. Bauer: 1494-1555) „Vater der Mineralogie“ VL2: Geschichtliches - Bermannus, sive de re metallica (1530) - De ortu et causis subterraneorum (1544) - De natura eorum, quae effluunt ex terra (1545) - De veteribus et novis metallis (1546) - De re metallica libri XII (1556) René Descartes (1596 – 1650): Abscheidung der Erzminerale aus einer sich abkühlenden Gesteinsschmelze Robert Boyle (1627- 1692): neue Definition für Element (1661): ein Reinstoff, der mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegt werden kann Dr. Z. Berner Aufklärung - jüngere Neuzeit Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe VL2: Geschichtliches A. G. Werner (1749 – 1817) Neptunist: „Neue Theorie von der Entstehung der Gänge“ aus wässerigen Lösungen James Hutton (1726 – 1797) Plutonist: „Theory of the Earth“ Schmelzen Kieselig Schwefelig Erze M. V. Lomonosov (1711- 1765): Erzgänge zeitlich unterschiedlich geöffnete Spalten Dr. Z. Berner Entdeckung neuer Elemente /Metalle Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe VL2: Geschichtliches Cobalt Nickel Magnesium Stickstoff Sauerstoff Chlor Mangan Molybdän Tellur Wolfram Zirconium Uran Strontium Titan Yttrium Beryllium Chrom Vanadium Niob Tantal Rhodium Palladium Cer Osmium Iridium Natrium Kalium Bor Calcium Barium Iod Lithium Selen Cadmium Silicium Aluminium 1735 1751 1755 1772 1774 1774 1774 1778 1782 1783 1789 1789 1790 1791 1794 1797 1797 1801 1801 1802 1803 1803 1803 1803 1803 1807 1807 1808 1808 1808 1811 1817 1817 1817 1824 1825 Brandt (S) Cronstedt (S) Black (Sch) Rutherford (Sch) Priestley u. Scheele (GB u. S) Scheele (S) Gahn (S) Scheele (S) v. Reichenstein (H) Gebrüder de Elhuyar (E) Klaproth (D) Klaproth (D) Crawford (Sch) Gregor u. Klaproth (GB) Gadolin (SF) Vauquelin (F) Vauquelin (F) del Rio (Mx) Hatchet (GB) Ekeberg (S) Wollaston (GB) Wollaston (GB) v. Hisinger u. Berzelius (D. u. S) Tenant (GB) Tenant und andere (GB u. F) Davy (GB) Davy (GB) Davy u. Gay-Lussac (GB u. F) Davy (GB) Davy (GB) Courtois (F) Arfvedson (S) Berzelius (S) Stromeyer u. Hermann (D) Berzelius (S) Oersted (DE) Brom Thorium Lanthan Erbium Terbium Ruthenium Cäsium Rubidium Thallium Indium Gallium Holmium Ytterbium Scandium Samarium Thulium Gadolinium Fluor Germanium Dysprosium Argon Helium Praseodym Neodym Neon Krypton Xenon Polonium Radium Actinium Radon Europium Lutetium 1826 1829 1839 1842 1843 1844 1860 1861 1861 1863 1875 1878 1878 1879 1879 1879 1880 1886 1886 1886 1894 1895 1895 1895 1898 1898 1898 1898 1898 1899 1900 1901 1907 Balard (F) Berzelius (S) Mosander (S) Mosander (S) Mosander (RU) Claus (RU) Kirchhoff u. Bunsen (D) Bunsen u. Kirchhoff (D) Crookes (GB) Reich u. Richter (D) Lecoq de Boiskaudran (F) Soret (CH) de Marignac (CH) Nilson (S) Lecoq de Boisbaudran (F) Cleve (S) de Marignac (CH) Moissan (F) Winkler (D) Lecoq de Boisbaudran (F) Ramsay u. Rayleigh (Sch) Ramsay u. Cleve (Sch u. S) v. Welsbach (A) v. Welsbach (A) Ramsay u. Travers (GB) Ramsay u. Travers (GB) Ramsay u. Travers (GB) Marie u. Pierre Curie (F) Marie u. Pierre Curie (F) Debierne (F) Dorn (D) Demaçay (Frankreich) Urbain (F) Dr. Z. Berner 19. Jh. Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe • D.I. Mendelejef (1834-1907) und J.L. Meyer (1830-1895): das Periodensystem der Elemente (1868) • Ch.F. Schönbein (1799-1868): Geochemie „die Untersuchung der chemischen Aspekte des geologischen Regimes der Erde“ (1838) • Élie de Beaumont (1798-1874): relative Häufigkeit von Elementen und ihr chemisches Verhalten in Beziehung zu ihrer Umgebung (chemische Affinität) (1846) • F.A. Breithaupt (1791-1873): Paragenese Beziehungen zwischen den Elementen in Erzmineralen (1849) VL2: Geschichtliches • K.G. Bischof (1792-1870): Kreisprozesse in der unbelebten Natur, begriff so die Erde als ein dynamisches System • F.W. Clarke (1847-1931): "The Data of Geochemistry" (1908): mittlerer Massenanteil eines chemischen Elements an der Zusammensetzung der Erdkruste bis in einer Tiefe von 15 Kilometern (Clarke-Werte). Dr. Z. Berner 1. Hälfte XX. Jh. Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe • Amerikanische Schule - Erzbildung und –anreicherung aus der Analyse der geologischen Strukturen Bateman, Emmons, Lindgren, etc. • Deutsche Schule - Schwerpunkt auf das Studium der Mineralkomponenten und -paragenesen - Strukturelle Lagerstättenverhältnisse zweitrangig Goldschmidt, Niggli, Petraschek, Ramdohr, Schneiderhöhn, Vogt • Französische Schule - Regionale Analyse der Metallhöffigkeit („metallogenetische Provinzen“) De Launay, Elie de Beaumont, Routhier, Raguin, etc. VL2: Geschichtliches • Russisch/ sowjetische Schule: - Vernadskij, Fersman, Eliseev, Korjinski (Metasomatose), Smirnov (Zonalität) etc. Dr. Z. Berner 2. Hälfte XX. Jh. • Plattentektonik - Kontinentaldrift: A. Wegener, 1915 Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Le Pichon, 1968; W.J. Morgan, 1968, etc. - Entstehung der Lagerstätten in plattentektonischem Umfeld (Mitchell and Garson, 1981; Hutchinson, 1983; Sawkins, 1990, etc.) VL2: Geschichtliches • Neue Untersuchungsmethoden: - analytische Methoden (XRD, XRF, OES, Massenspektrometrie, Mikrosonde, etc.) - Isotopengeochemie; Geochronologie - Spurenelementgeochemie - Fluideinschlüsse-Untersuchungen - Ozeanforschung (Tiefsee-Tauchgänge) Dr. Z. Berner Lagerstättenforschung Geologie Mineralogie Petrologie Geochemie Geophysik Vermessungswesen Fotogeologie Datenverarbeitung Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe Lagerstättenforschung 1. Erforschung der Anreicherungsprozesse, die zur Bildung von Lagerstätten führen (Metalogenese) 3. Prospektion und Exploration (Suche dieser Vorkommen) 4. Untersuchung und Bewertung der Vorkommen VL2: Geschichtliches Abbautechnik Aufbereitung Hüttenkunde Werkstoffkunde z.B. Tiefbau Tagebau Bohren Sprengen Standsicherheit z.B. Brechen u. Mahlen Flotation Magnetscheidung Schweretrennung Säurelaugung „Bacterial leaching“ z.B. Schmelzverfahren Elektrolyse Legierungsbildung Entwicklung neuer Werkstoffe Bergwirtschaft Infrastrukturwesen z.B. z.B. Weltwirtschaft Siedlungsbau Volkswirtschaft Transportwege Betriebswirtschaft Arbeitsmarkt Betriebsplanung Umweltschutz Bedarfsentwicklung (der metallerzeugenden und -verarbeitenden Industrie) Dr. Z. Berner Grundbegriffe Erzlagerstätten sind räumlich begrenzte Körper mit wechselnder Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe mineralogischen Zusammensetzung, in denen bestimmte chemische Elemente durch natürliche, lagerstättenbildende Prozesse im Vergleich zu den Durchschnittswerten der oberen Erdkruste um ein Vielfaches gegenüber ihrer normalen Häufigkeit in der Kruste derart angereichert werden, dass sie mit wirtschaftlichem Nutzen gewinnbar wären. Beurteilungsfaktoren: - Metallkonzentration - Mineralogische Zusammensetzung natürliche Faktoren - Beimengungen, positiv oder negativ - Korngröße, bzw. Gewinnungsgrad - Lagerstättenform und -größe VL2: Geschichtliches - Erschließungs-, Aufbereitungs- und Abbaukosten - Metallpreise ökonomische Faktoren Dr. Z. Berner Grundbegriffe Erzminerale: Minerale, aus denen ein Metall gewonnen werden kann Erze: ist ein mehr oder weniger mit Gangart verwachsenes, metallisches Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe Mineral oder Mineralgemenge, das mit Gewinn abgebaut bzw. gewinnbringend weiterverarbeitet werden kann. Es kann in Form von Erzkörpern, Erztaschen, Erzgängen, feinverteilten Vererzungen auftreten. Industrieminerale: werden insgesamt als Rohstoff verwendet (z.B. Baryt, Talk, Graphit) mineralische Rohstoffe: Erzminerale und Industrieminerale Erzkörper: ein gut definierter Körper, der ausreichend abbauwürdiges Erzmaterial besitzt mit unterschiedlichen Formen (z.B. massiv, fein verteilt, Gang, beschrieben durch Streichen, Einfallen, Achse, Eintauchen, Gefälle/Einschieben) Salband: Grenzschichtbereich des Erzganges zum Nebengestein VL2: Geschichtliches Protoerz: Minerale oder Gesteine mit primär unwirtschaftlichen Metallkonzentrationen (taubes Gestein) genannt, aus denen durch spätere natürliche Prozesse ein Erz mit wirtschaftlichen Metallgehalten hervorgeht Dr. Z. Berner Grundbegriffe Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe Gangart: unerwünschte Minerale oder Gesteine, die mit dem Erz verwachsen sind. Die Aufbereitung der Gangart oder des Roherzes führt zu Erzkonzentraten und Rückständen. Rückstände (tailings): durch Aufbereitung abgetrennte Gangart Abraum: nicht oder nur wenig vererztes Gestein cut-off: untere Bauwürdigkeitsgrenze, Mindest(metall)gehalt (preisabhängig) Aufbereitung (ore dressing): verschiedene Verfahren zur Trennung von Erz und Gangart Verhüttung (smelting): bezeichnet das kommerziell betriebene VL2: Geschichtliches Ausschmelzen von Metallen aus Erzen Ausbringen (recovery): Prozent-Angabe über die durch Aufbereitung aus einem Erz gewonnene Metallmenge Dr. Z. Berner Grundbegriffe Bergmännische Fachausdrücke Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe Verlassener Tagebau/ offene Grube (incline = Bremsberg) geneigter Schacht Seigerschacht Stollenmund Stollensohle Halde Abgebautes Erz Bergefüllung Förderstrecke Erzbunker Erweiterungsaufbruch Schachtpfeiler Laderampe Teilsohle Arbeitsstoß VL2: Geschichtliches gebrochenes Erz Hauptfördersohle Schachtsumpf Blindschacht ungebrochenes Erz Aufbruch unabgebautes Erz Dr. Z. Berner Grundbegriffe Bergmännische Fachausdrücke Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe Förderturm Förderschacht Seigerschacht Aufzug Raum Pfeiler Sohle Obersohle Rinne/ Schüttrolle Querschlag Skip/ Kübel Erzrollloch Fahrort Strecke Paneel Ebensohle Förderhängebank VL2: Geschichtliches Schachtsumpf Blindschacht Angriffsfront/ Streb
