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Unterschätzter Rohstoff: Ohne Sand geht nichts

Ob am Meer, in Flüssen oder der Wüste – überall gibt es Sand. Auf den feinen Körnern liegen wir im Urlaub in der Sonne oder bauen daraus Sandburgen. Doch abgesehen von Freizeitspaß und Landschaftsformen ist Sand auch ein wichtiger Rohstoff – und in umgewandelter Form auch in unserem Alltag fast allgegenwärtig. Er findet sich unter anderem in Beton, Glas und auch in Smartphones sowie in unserer Zahnpasta. Was macht ihn so vielfältig und wofür werden die feinen Körner noch verwendet?

Sandkörner unter dem Mikroskop
Sandkörner unter dem Mikroskop

Sand entsteht meist, wenn in Gebirgen durch Erosion und  Verwitterung Stücke aus dem Gestein brechen und in Bäche und Flüsse gelangen. Dort werden die vorwiegend aus dem harten Mineral Quarz bestehenden Steinchen durch die Wasserströmung flussabwärts gespült und zu immer kleinen Kieselsteinen abgeschliffen. Im Laufe der Zeit werden diese Quarzsteine so sehr abgerieben, dass nur noch feine Sandkörner übrigbleiben. Diese bleiben dann auf dem Grund des Flusses liegen oder werden von seinem Wasser bis ins Meer geschwemmt. Dort sammeln sie sich am Meeresgrund, bilden Sandbänke oder spülen Strände auf. Anders als meist extrem feine und rundere Wüstensand sind diese vom Wasser geformten Sandkörner eckiger und vielseitig einsetzbar.

Tonnenweise ausgebuddelt

Die so entstandenen Sandkörner sind weltweit ein wichtiger Rohstoff – nach Wasser und Luft sogar eine der meistgenutzten natürlichen Ressourcen der Erde. Zur Nutzung und Verarbeitung werden die kleinen Quarzkörner vor allem mit großen Saugbaggern vom Meeresgrund oder aus unterirdischen Schichten gewonnen. Ais einem einizigen Baggerloch können pro Tag tausende Tonnen Kies und Sand in unterschiedlicher Korngröße an Land befördert werden.

Doch was geschieht anschlißend aus den mit viel Aufwand gewonnenen Sandkörnern? In seiner ursprünglichen Form dient Sand vor allem als Grundlage für Gebäudefundamente und den Straßen- und Gleisbau. Zudem findet sich der Quarzsand beispielsweise in Nagelfeilen, Schmirgelpapier oder Poliermitteln, da sich die kleinen Körner gut zum Abreiben eignen. Und sogar in Zahnpasta finden sich die Steinchen. Dort erfüllt das Quarz den gleichen Zweck wie bei Schmirgelpapier: Es reibt den Zahnbelag von unseren Zähnen.

Wisconsin Frac Sand Mine
Sand ist Big Business. Für ein Einfamilienhaus mit Keller werden rund 200 Tonnen Sand benötigt, ein Kilometer Autobahn schlägt mit sagenhaften 216.000 Tonnen zu Buche.

Alles besteht aus Sand

In noch deutlich größeren Mengen wird Sand aber in Baustoffen verarbeitet und verwendet: Ohne ihn gäbe es beispielsweise weder Betonböden noch Mauerwerke, denn sowohl in Mörtel als auch in Beton wird Sand verarbeitet. Schätzungsweise werden jährlich einige Milliarden Tonnen Sand für die Herstellung von Beton verbraucht – Tendenz steigend. Denn alleine für den Bau von einem Einfamilienhaus braucht man 200 Tonnen des Rohstoffs. Dafür werden der Quarzsand und Kies unter anderem mit Kalk verfestigt und mit Wasser und Zement vermischt, der auch sandige Bestandteile enthält.

In der Keramikindustrie wird Quarzsand zudem zur Herstellung von Boden- und Wandfliesen sowie von Porzellan verwendet. Dafür wird der Quarz gemeinsam mit Kaolin-Ton zu Pulver gemahlen, mit Wasser gemischt und dann mit einem Gießverfahren in die gewünschten Formen gebracht.

Neben dem Beton, Mörtel und Fliesen bestehen auch weitere Bauteile aus Sand: Wird der reine Quarzsand eingeschmolzen und in Form gegossen, entsteht daraus Glas. Letztlich bestehen daher auch Glasfenster und -türen aus Sand. Allein eine Glasscheibe von beispielsweise einem Quadratmeter Fläche und einer Dicke von fünf Millimetern enthält über acht Kilogramm Quarzsand. Und auch für Glasflaschen oder Trinkgläser benötigt man Sand. Zudem wird der geschmolzene Quarzsand zu Lupen, Brillen, Ferngläsern oder Kameraobjektiven verarbeitet.

Auch gefragt sind die Quarzsteinchen als Filtersand. So fließt beispielsweise unser Trinkwasser zur Reinigung durch Quarzsande oder der Sand filtert etwa feste Bestandteile aus Bier heraus. Außerdem hilft Quarz bei der Wasserreinigung in Kläranlagen. Sand trägt zudem mit seiner hohen Durchlässigkeit und Porosität dazu bei, Grundwasser zu bilden und dient im Boden auch als Speicher für Erdöl und Erdgas.

Sandlager
Sand gibt es in einer Vielzahl von Körnungen und Gemischen. Für bauliche Anwendungen sind nur bestimmte Sandarten wirklich gut geeignet.

Sandige Nebenprodukte

Und nicht nur der Sand selbst, sondern auch die Nebenprodukte des Sands können verwendet werden: Quarzsand ist chemisch gesehen Siliziumdioxid, daher ist in den Körnchen auch der Halbleiter Silizium enthalten, der dem Sand beim Erhitzen auf bis zu 2.000 Grad Celsius und unter Zugabe von Koks entzogen werden kann.

Das Silizium wird als Grundstoff für Mikrochips in Computern, Handys und anderen elektronischen Geräten benötigt, da der Halbleiter dort als Basis von Schaltkreisen dient. In einem Smartphone befinden sich neben den Chips noch zahlreiche andere Komponenten, die ohne Quarzsande nicht hergestellt werden könnten. Dazu gehören zum Beispiel die Flüssigkristalltechnik der Displays sowie die Lautsprecher und Mikrofone. Und auch Solarzellen und LEDs gäbe es ohne Sand nicht, da auch sie Silizium enthalten.

Das "sandige" Nebenprodukt Silizium wird zudem häufig mit anderen Metallen vermischt und so zum Beispiel eingesetzt, um Bleche zu beschichten und sie damit vor Rost zu schützen. Mit Aluminium legiert, entstehen aus dem Silizium außerdem Werkstoffe, die sich gut schweißen lassen, extrem fest sind und etwa zum Gießen von Motoren- und Getriebegehäuse für Autos oder Flugzeugen und Raketen verwendet werden können.

Stahlproduzenten legieren Silizium auch zu sogenanntem Ferrosilizium – einer Verbindung aus 20 bis 95 Prozent Eisen und meist 50 bis 75 Prozent Silizium. Mit Ferrosilizium lassen sich Elemente wie Aluminium, Calcium, Mangan oder seltene Erden leichter mit Stahl verbinden.

ABO, 19.08.2021
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