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Quarzsand (SiO2)

Quarzsand ist das Rohmaterial für die Gewinnung von Silizium und besteht aus ca. 95 % aus Quarz (Siliziumoxid SiO2). Damit ist Quarzsand ein wichtiger Grundstoff für die Herstellung von Solarzellen.

Quarzsand besteht, in veränderlichen Gewichtsanteilen (abhängig von Lagerstätte und Sandgeschichte), zu ca. 95 % aus Quarz, der Rest besteht aus Verunreinigungen, Kalk und Begleitmineralien wie Feldspat, Alkalisilikate, Glimmerminerale, Tonminerale, karbonatische und kohlehaltige Bestandteile.

Der Quarz im Sand, Siliziumdioxid (SiO2), ist für den menschlichen Organismus ungefährlich. Er kann weder aufgenommen noch verwertet werden; bei Aufnahme wird er unverändert wieder ausgeschieden.

Silizium macht den Hauptbestandteil des Quarzsandes beziehungsweise des Siliziumdioxids aus: 46 %. Um hieraus Roh-Silizium zu gewinnen, wird der Quarzsand vorerst chemisch gereinigt und im Anschluss im Lichtbogenofen (ein Schmelzofen, der durch Lichtbögen zwischen Elektroden unter Strom erhitzt wird) geschmolzen.

Bei ca. 1.250 ° gibt das SiO2 ein Sauerstoffatom (O) frei und reduziert zu SiO. Koks (C) wird hinzugefügt und verbrennt zu CO2 - dabei gibt das SiO nochmals ein Sauerstoffatom ab:

SiO2 + C → Si + CO2.

Es entsteht: CO2 und Roh-Silizium.

Durch die Behandlung mit Säuren wird der z. T. aus dem Quarzsand übernommene Anteil an Fremdstoffen noch weiter heruntergesetzt, bis das Silizium eine Reinheit von weit über 99 % erreicht.

Außer Solarzellen und seinen Anwendungen in der Mikroelektronik wird Quarzsand auch zur Herstellung von Glas, Porzellan oder Betonmischungen eingesetzt.

Das Vorkommen von Quarzsand.

Die globalen Quarzsand-Reserven gelten als unerschöpflich. Jährlich werden global über 100 Millionen Tonnen Quarzsand abgebaut. In Deutschland, einem der weltweit größten Quarzsand-Produzenten, sind es dabei allein 12 Millionen Tonnen, von denen ca. 8 Millionen Tonnen exportiert werden.

Die größten gegenwärtig genutzten Vorkommen an Quarzsand liegen in den USA (Anteil am Weltmarkt ca. 25 %), Slowenien, Mitteleuropa (Deutschland, Österreich), Spanien und Frankreich.

Die meisten Sandstrände weltweit bestehen ebenfalls aus Quarzsand, mit wenigen Ausnahmen wie z. B. Muschelsand, der aus dem Abrieb kalkhaltiger Muschelschalen besteht, Gips-Sand der White Sands in New Mexico oder die schwarzen Strände der Kanaren (auf Korngröße geschliffenes Vulkangestein).

Zudem setzt sich ein Großteil der großen Sandwüsten aus Quarzsand zu­sammen, z. B. die arabische Rub al-Khali in der Sahara.

In Deutschland liegen Abbaustätten für Quarzsand beispielsweise in Frechen bei Köln, im Fuldatal, im Harz, in Sachsen oder im bayerischen Wald. Weitere Lager sind oft nur wenige Meter unter land- oder forstwirtschaftlich genutzten Flächen zu finden.

Da Quarzsand im Tagebau gewonnen wird, sind die oft riesigen zum Abbau von Quarzsand bereitgestellten Gebiete für Anwohner und Gemeinden häufig sehr unangenehm. Mit dem Abbau kommen nämlich Nebenwirkungen wie Lärmemissionen, Landschaftszerstörung und Staubeintrag einher.

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