Feuerfestes Mineral, Modifikation des Siliziumdioxids SiO2. In Abhängigkeit von der Temperatur sind verschiedene SiO2-Modifikationen beständig:
Tiefquarz(α-Quarz) ⇔ D Hochquarz (β-Quarz)
- Dichteänderung: 2,65 bis 2,6 g/cm³
- Längenänderung beim Phasenübergang: + 0,26 bis 0,45 %
Tiefquarz stellt das wichtigste gesteinsbildende Mineral dar; beim Erhitzen über 573 °C erfolgt eine spontane Umwandlung zum Hochquarz, sie ist reversibel.
Hochquarz (Hochtridymit)
- Dichteänderung: 2,6 bis 2,3 g/cm³
- Längenänderung beim Phasenübergang: 5,55 %
Die Bildung dieser Modifikation bei etwa 870 °C soll nur bei Anwesenheit von Fremdionen und Vorliegen bestimmter Temperaturen möglich sein.
Hochquarz (Hochcristobalit)
- Dichteänderung: 2,6 bis 2,21 g/cm3
- Längenänderung beim Phasenübergang: 6,6 % etwa 1700 °C Schmelze
Beim Erhitzen über 1400 °C und längerem Halten bildet sich Hochcristobalit, diese Umwandlungen sind irreversibel.
Der Anteil der umgewandelten Phasen hängt vom Gehalt an Verunreinigungen ab. Beim Abkühlen wird im Temperaturbereich 270 bis 180 °C Tiefcristobalit gebildet. Bei Temperaturen oberhalb 1700 °C liegt eine Schmelzphase vor, aus der sich beim Abkühlen amorphes Quarzgut bildet.
Die Volumenänderungen bei Übergang der einzelnen SiO2-Modifikationen haben Auswirkungen auf das Ausdehnungsverhalten des Quarzsandes (Bild) und in diesem Zusammenhang auch auf formstoffbedingte Gussfehler, beispielsweise Schülpen.
Gießerei-Betriebs-Formstoffmischungen, die in üblicher Weise aus Altsanden aufbereitet werden, sind weniger schülpenempfindlich, weil sie einen gewissen Anteil an Tridymit beziehungsweise Cristobalit enthalten. Diese Modifikationen bilden sich in Quarzsanden, die beim Gießen auf mindestens 870 beziehungsweise 1470 °C erhitzt werden; in Anwesenheit von Soda (Na2CO3), das als Aktivierungszusatz in Calciumbentonitbindern oder als Nebenprodukt bei der Härtung von CO2-Formstoffen, kann Cristobalit schon bei etwa 1200 °C entstehen und bei der Abkühlung auf niedrigere Temperaturen beständig bleiben.
Neben dem verwitterungsbeständigen Hauptmineral Quarz enthält jede Quarzsandlagerstätte unterschiedlich große Anteile an Begleitmineralien. Diese sind:
Feldspäte
- Kalifeldspat (Orthoklas und Mikrolin) K2O · Al2O3 ·6SiO2
- Natronfeldspat (Albit) Na2O · Al2O3· 6SiO2
- Kalkfeldspat (Anorthit) CaO· Al2O3 · 2SiO2
Tonminerale
- Kaolinit
- Montmorillonit
- Illit
Glimmer-Minerale
- Muskovit
- Biotit
- Kohle-Bestandteile
- Braunkohle
Carbonate
- Kalkspat CaCO3
- Dolomit CaMg(CO3)2
Schwerminerale
Sandbegleitminerale mit einer Dichte > 3 g/cm³