Forschungsbereiche   

Dieses Forschungsfeld der angewandten Mineralogie ist ein wichtiger Bereich, in dem Prozesse wie z.B. das Abbinden von anorganischen Bindemitteln mit wissenschaftlichen Methoden untersucht werden, um ein tieferes Verständnis für die zugrundeliegenden Prozesse zu schaffen.

Diese Forschung ist umso mehr bedeutsamer, da die Zementindustrie für ca. 8 % des weltweiten -Ausstoßes verantwortlich ist. Die Reduzierung der von der Zementindustrie zu verantwortenden Emissionen ist zentrale Forderung zur Erreichung der Klimaziele.  Mit unserer Forschung versuchen wir in unserer Arbeitsgruppe auch diese Herausforderung anzunehmen. Neben den klassischen Zementsystemen betrachten wir auch industrielle Reststoffe, die alternativ im Bindemittelsektor zur Anwendung kommen können. Dazu zählen Schlacken aus der Stahlerzeugung und Nichteisenpyrometallurgie. Einen Überblick über diese Reststoffe zeigt das wichtige ternäre System . Die -Reduktion sowie die Transformation der Stahlindustrie und der Kohleausstieg – Wegfall von Hüttensand und Flugasche – stellen die Zementindustrie vor große Herausforderungen, um alternative Zumahlstoffe (z.B. Laugungsreststoffe aus der Lithiumgewinnung aus Spodumen) zum klassischen Portlandzement zu finden. Um der Suche nach neuen Lösungen gerecht zu werden ist das Verständnis der Phasenbeziehung in diesem ternären System von entscheidender Bedeutung.

Dabei ist es entscheidend, die Ausgangsstoffe als auch die Reaktionsprodukte eingehend zu charakterisieren. Die Ausgangsstoffe können technische Produkte (z. B.: Zement) sein oder werden im Labor selbst synthetisiert. Zentrale Methoden für die mineralogische und chemische Analyse sind Röntgenbeugung (XRD) sowie Röntgenfluoreszenz (XRF). Die Mikrostruktur, die maßgeblich die Eigenschaften im Makroskopischen beeinflusst wird mittels licht- und elektronoptischer Verfahren erfasst. Um die verschiedenen Einflussparameter auf die Hydratation von anorganischen Bindemitteln wie beispielsweise Druck, Temperatur, Mahlfeinheit u.v.m. messtechnisch zu erfassen, stehen der FG Mineralogie/Geochemie für die entsprechenden Experimente und Analysen Autoklaven, Thermogravimetrie, Wärmeflussmessung (DCS, Wärmeflusskalorimetrie), Korngrößenverteilung (Normsiebe, Lasergranulometrie) zur Verfügung. Das Zusammenführung der gewonnenen Erkenntnisse erlaubt dann den Rückschluss auf die Reaktionskinetik. Hieraus können Aussagen zur Dauerhaftigkeit sowie zur Optimierung zementärer Systeme abgeleitet werden. 

Literatur:

• Woskowski, J., Neumann, A., Roggendorf, H., Wehrspohn, R., and Stöber, S. Properties of low sulfur leached spodumene as supplementary cementitious material in ordinary portland cement. Construction and Building Materials 438 (2024), 137096. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137096
• Neumann, A., Rozhkova, I., Gantz, C., Stöber, S., Roggendorf, H., and Wehrspohn R. B., Schlacken der Zukunft - Zukunftsfähigkeit der Schlacken in Nachhaltige Lithiumwirtschaft, Ulrich Blum, Ralf B. Wehrpspohn (Ed.) SPLEEN - Series on the Potential of Lithium in the Economy, Environment, and Nature ITEL-Verlag ISBN 978-3-9825703-2-7, p. 174-188 (2024)
• Gantz, C., Haase, L., Neumann, A., Roggendorf, H., and Schalinski, R., Schlacken der Zukunft - Zukunftsfähigkeit der Schlacken in Nachhaltige Lithiumwirtschaft, Ulrich Blum, Ralf B. Wehrpspohn (Ed.) SPLEEN - Series on the Potential of Lithium in the Economy, Environment, and Nature ITEL-Verlag ISBN 978-3-9825703-2-7, p. 174-188 (2024)