Gewinnung von Kies und Sand

Kieselsteine seit der Steinzeit
In Europa stellte der Mensch der Steinzeit schon vor 35.000 Jahren aus Kieselsteinen Werkzeuge in geometrischer Form her. Als Beispiele seien Wurfspeere und Pfeile mit Steinspitzen genannt, die recht zahlreich gefunden worden sind. Vor mehr als 12.000 Jahren hat der Mensch Kieselsteine und Sand mit Kalk als Bindemittel zu festen Konglomeraten (Steine aus Menschenhand) verbunden. Seit über 4.000 Jahren setzt der Mensch in Europa tonhaltige Quarzsande zur Herstellung von feuerfesten Öfen und als Gießereisande ein.

Die oberflächennahen Kiese und Sande wurden anfangs zunächst mit der Hand, später mittels Eisenschaufel dem Erdboden entnommen. Dabei wurden die Lockergesteine nicht nur aus im Trockenen liegenden Lagerstätten (Trockengewinnung) abgegraben, Kies und Sand wurden auch aus dem Wasser von Flüssen und Seen (Nassgewinnung) mittels Kieskratzen und Sandschürfen gewonnen.

Lagerstättenerkundung
Vor der Gewinnung von Kies und Sand steht heute die systematische Erkundung der Lagerstätte durch Sondierbohrungen. Die Bohrkerne geben Erkenntnisse darüber, welche Korngröße und welche Petrographie (Arten der Gesteinskörnung) die lagernden Mineralien haben; diese sind entscheidend für die Frage, ob die Lagerstätte wirtschaftlich nutzbar ist, und maßgebend für die Art der Aufbereitung der Rohstoffe. Kies- und Sand-Lagerstätten finden sich häufig in Flussniederungen, wobei Sand-Lagerstätten häufiger als Kieslagerstätten anzutreffen sind. Als Kies bezeichnet die DIN 18196 lose Gesteinskörnungen mit einem Korndurchmesser größer als 2 mm und bis zu 63 mm, Gesteinskörnungen mit geringerem Korndurchmesser als Sand (Korndurchmesser 0,063 bis 2 mm) bzw. Feinsand mit einem Korndurchmesser bis 1 mm. Seltener und deshalb wertvoller sind Quarzsand-Lagerstätten, bei denen der Sand einen hohen Quarzgehalt von mehr als 99% SiO₂ aufweist und das Kornspektrum sehr fein ist, meistens 0,7 mm nicht übersteigt. Bei den Quarzkies-Lagerstätten ist der SiO₂-Gehalt definitionsgemäß 96% und größer. Quarzkies wird als Filterkies zur Trinkwasseraufbereitung (Quarzkies in Korngrößen bis zu 12 mm) oder als Füllstoff für Feuerfestprodukte (Quarzkörnungen bis 5,6 mm), aber auch in der Gießerei (Körnungen bis 2 mm) verwendet, wenn Quarzsand aufgrund der Korngröße nicht die erforderlichen Eigenschaften erbringt. Liegt der SiO₂-Gehalt unter 96%, ist der Kies oder Sand zwar quarzhaltig, aber eben kein Quarzkies oder Quarzsand. Erst nach erfolgreichem Abschluß eines aufwändigen Genehmigungsverfahrens, das sich meist über mehrere Jahre erstreckt und alle Umweltbelange, insbesondere auch den Rohstoffbedarf und die Rekultivierung berücksichtigt, kann die Lagerstätte aufgefahren werden und die Mineralgewinnung beginnen.

Gewinnungstechnik
Vor der Entwicklung der Baggertechnik durch Leonardo da Vinci (1452 - 1519) war die Gewinnung von Kies und Sand mit schwerer körperlicher Arbeit verbunden. Jedoch erst mit der technischen Revolution, die durch die Entwicklung der Dampfmaschine (um 1765) ausgelöst wurde, zog auch die Mechanisierung in die Sand- und Kiesgewinnung ein.

Bei der Naßgewinnung wird das Mineral aus Flüssen, Seen und Off-shore-Gebieten der Meere oder im Gelände (meist nach einem Trockenabbau) unterhalb des Grundwasserspiegels aus dem Wasser gewonnen.
 
Bei der Trockengewinnung werden zunächst der Mutterboden und der darunterliegende Flugdecksand mittels Radlader, Schurfkübelraupen oder anderer Geräte abgeräumt und seitlich aufgehaldet. Das Gelände muß soweit abgeräumt werden, daß das verwertbare Mineral freiliegt und gewonnen werden kann. Je nach den betrieblichen Verhältnissen werden in Deutschland für die Gewinnung Radlader, Hydraulik- und Seilbagger, Schrapper oder Schub- und Schurfkübel-Raupen eingesetzt.     

Förderung
Das gewonnene Mineral (Rohmineral) muß, bevor es industriell einsetzbar ist, "aufbereitet" werden. Dazu wird das Mineral zu den Aufbereitungsanlagen im Kieswerk transportiert ("gefördert"). Erst durch die unterschiedlichen Aufbereitungsstufen im Kieswerk wird aus dem Mineral der verwendungsfähige mineralische Rohstoff Kies und Sand, genauer gesagt: erst durch die Aufklassierung fallen die einzelnen Körnungen (Korngruppen) an, und nur diese sind industriell verwertbar. Abhängig von den geologischen Verhältnissen der Lagerstätte (Kornzusammensetzung des Rohminerals, Lehmanteile usw.) sind in 1.000 Kilogramm Rohmaterial z. B. etwa nur 45 kg der Quarzkörnung 0,71 – 1,25 mm enthalten. Anders ausgedrückt: für 1 Tonne dieser Quarzkörnung, die im Wasserwerk als Filterkies benötigt wird, müssen oft 20 Tonnen Rohmineral und mehr gewonnen werden! Das gewonnene Rohmineral wird selbstverständlich insgesamt aufbereitet und –  abhängig von der Körnung –  in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt.

Beim erstmaligen Auffahren einer Lagerstätte wird das Kieswerk unmittelbar neben die künftigen Mineralgewinnungsflächen gebaut, um das Rohmineral auf kürzestem Weg in die Aufbereitungsanlagen zu fördern. Wenn die Abbaufelder erschöpft sind, müssen neue Flächen aufgefahren werden, so daß die Flächen, auf denen der Abbau umgeht, immer weiter vom Kieswerk entfernt liegen und die Förderung des Rohminerals damit bedeutsamer wird.

Die für die Förderung zum Kieswerk eingesetzte Technik ist äußerst vielfältig und richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten. Sie reicht vom Gurtbandförderer über Schwerlast-Lkw, Grubenbahn, Schuten (flache, offene Wasserfahrzeuge) bis hin zu hydraulischen Fördersystemen über Rohrleitungen.

Wiederherrichtung der Gewinnungsstätten
Nach beendeter Mineralgewinnung werden die Gruben des Tagebaus meistens auf das Ursprungsniveau verfüllt und nach der Verfüllung zur Folgenutzung wiederhergerichtet also rekultiviert, so dass wieder Ackerbau, Viehwirtschaft, oder Forstwirtschaft betrieben werden kann, oder der natürlichen Sukzession überlassen (renaturiert). Baggerseen werden nach Erschöpfung des Vorkommens für den Badebetrieb oder für die stille Erholung oder als Wasserspeicher für die Trinkwasserversorgung hergerichtet. Maßgebend sind die im Genehmigungsverfahren festgelegten Auflagen. Einen Eindruck der durch die Wiederherrichtung entstehenden Landschaften zeigt unsere Broschüre "Deutscher Nachhaltigkeitspreis Kies und Sand 2010"sowie unser Video zum selben Thema: