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Zeolith - Qualität erkennen

Zuerst ein paar, wie ich hoffe, möglichst einfache Antworten auf ein paar grundsätzliche Fragen zu Zeolith im Allgemeinen.

Was ist Zeolith-Klinoptilolith?
ein Alumosilikat, ein Stein aus Silizium und Aluminium mit extrem vielen Hohlräumen (Mikroporen). Das sind winzige "Gänge" mit einem Durchmesser von 4-6 Angström (0,4 - 0,6 nm). Dadurch, dass er speziell vermahlen wird, hat er eine sehr große spezifische (innen und aussen, inklusive der Mikroporen) Oberfläche und kann in diesen "Gängen" sehr viele Schadstoffe wie z.B. Schwermetalle, Ammoniak, Cadmium u.ä. aufnehmen. Er selbst enthält Silizium und u. a. Kalzium-, Kalium- Natrium- und Magnesiumionen, die alle negativ geladen sind. Es gibt viele verschiedene Zeolithe, aber nur der Klinoptilolith - Zeolith ist der mit den besonderen Fähigkeiten und wird auch erst ab einem Gehalt von 80% Klinoptilolith z. B. als Tierfuttermittelzusatzstoff verwendet. Der Name Zeolith kommt aus dem griechische "Zeo" für "sieden" und "Lith" heißt "Stein". Der Name geht zurück auf den schwedischen Mineralogen Baron Axel Fredrick von Cronstedt. Der hielt eine Lötlampe an den Stein und er fing wegen der Freisetzung des im Stein enthaltenen Wassers an zu kochen. Bentonit-Montmorillonit, auch ein Alumosilikat, entstand langsamer durch Verwitterung von vulkanischer Asche, ist im Gegensatz zu Zeolith ein Schichtsilikat / Tonsilikat und deshalb auch beim Mischen mit Wasser etwas schwieriger. Einfach eingerührt hängt er am Löffel wie ein Matschklumpen, er braucht Zeit zu quellen oder muss extrem fein mit Zeolith vermischt sein, um die einzelnen Bentonitpartikel voneinander abzusondern, damit sie nicht aneinander kleben. Aber das mit dem Ton kennt jeder, der sich schon einmal mit Töpfern versucht hat. :-)

Wie entstand Zeolith?
Nach vulkanischen Eruptionen vor Millionen vor Jahren, bei denen alkalische und erdalkalische Metalle sowie Alumosilikate in Form von Asche aus den Vulkanen herausgepustet wurden, fiel die Asche auf Salzwasser, in den Karpaten zu dieser Zeit mit einem um ca. 170 m erhöhten Meeresspiegel. Dadurch verursachte die Verbindung zwischen der vulkanischen Asche und dem natriumhaltigen Meerwasser eine chemische Reaktion, die letztendlich zur Entstehung von natürlichem Zeolith führte.

Wie arbeitet Zeolith? Wie wirkt Zeolith?
Als Stein durchquert er den (Säugetier)-Körper nur als "Gast" und wird als solcher nicht verstoffwechselt. Er zieht durch seine negative Ladung die positiv geladenen Schwermettalle und Schadstoffe an wie ein Magnet und bindet sie auf seinem Weg durch den Verdauungstrakt an sich, bis er selbst den Körper verlässt. Im Gegenzug zu den angezogenen Schadstoffen gibt er seine Kalzium-, Kalium- Natrium- und Magnesiumionen und, nicht zu vergessen, seine Siliziumionen in kollodaler Form an den Körper ab. Deshalb wird er als Ionentauscher bezeichnet. Dazu kommt der Durchmesser seiner Mikroporen, sie sind mit ihren 4-6 Angström sehr gut zum "Andocken" von Schwermetallen geeignet.

Was enthält Zeolith, woraus besteht Zeolith?
Zeolith besteht aus Silizium und Aluminium, in einem Gerüst gebunden und das Aluminium ist nicht einfach herauslösbar, wie oftmals behauptet wird. Es funktioniert in technischem Sinne bei Temperaturen von über 400° C, allerdings wird dabei die Gerüststruktur komplett zerstört. Es gibt auch immer wieder Behauptungen, durch Vermahlen von wahlweise kleiner als 5,10 oder 20 µm würde Aluminium aus der Gerüststruktur "herausgemahlen", das geht aber so nicht. Es ist eine molekulare Gerüststruktur, die komplett zerstört werden müßte und das ginge nur unterhalb des Nanobereichs. Die Mikroporen (Gänge) im Zeolith haben eine durchschnittliche Größe von 0,4 bis 0,6 Nanometer und die sind von der Gerüstruktur umschlossen. Das ist ein Größenverhältnis wie zwischen einem Fussball und einem Staubkorn.

Was hat das mit dem Blei im Zeolith auf sich?
Zeolith ist ein Stein, der nicht verstoffwechselt wird und er enthält wie alle Alumosilikate Schwermetalle. Ein Stein, der eine Affinität zu Blei hat, enthält logischerweise auch Blei bis zu einem gewissen Grad. Er hat es über die Jahrtausende aus seiner Umgebung aufgenommen. Der durchschnittliche Bleigehalt der Erdkruste liegt bei 15 ppm (mg) Blei pro kg, Ackerböden natürlich ausgenommen, die enthalten weit mehr. Ein Zeolith, der in der Lage ist, Blei durch Van-der-Waals-Kräfte an sich zu binden, kann im Laufe von Jahrtausenden nicht komplett ohne Blei bleiben, es sei denn, er liegt vollkommen isoliert oder er hat überhaupt keine Affinität zu Blei. Dann kann er aber auch nicht gut zur Ausleitung von Blei verwendet werden. Kubanischer Zeolith zum Beispiel enthält in der Regel kaum Blei, er hat aber auch keine grosse Affinität zu Blei, sondern zu Kupfer, weshalb er sehr häufig für Abwasser- und Ackerbodensanierungen verwendet wird. Allerdings ist er auch nicht dafür bekannt, besonders viel Blei aufzunehmen.

Im Hinblick auf Zeolith-Klinoptilolith würde ich gerne einmal ganz allgemein auf ein Vorurteil eingehen, das immer wieder veröffentlicht wird.  Das ist und soll auch keine Einnahmeempfehlung sein. Zeolith - Klinoptilolith ist kein Nahrungsergänzungsmittel. Er durchquert den Körper als Gast, bindet Schadstoffionen an sich und gibt im Gegenzug dafür mineralische Ionen in kolloidaler Form an den Körper ab. Die werden verstoffwechselt, jedoch nicht der Zeolith.

Wenn ein Nahrungs(ergänzungs)mittel mit 3 ppm Blei / kg (Höchstwert bei NEMs) zu sich genommen oder verfüttert wird, ist es komplett bioverfügbar und der jeweilige Körper nimmt 3 ppm Blei auf, die er irgendwie verarbeiten muss. Wenn man Zeolith-Klinoptilolith zu sich nimmt oder verfüttert, werden die im Zeolith vorhandenen Schwermetalle durch Van-der-Waals-Kräfte gebunden und können nur durch gewisse Säuren herausgelöst werden. Das ist wissenschaftlich erforscht und in Laborversuchen bestätigt worden.
Wenn ein Zeolith auf Blei untersucht wird, geschieht das mit dem Königswasser- oder Mikrowellenaufschluss. Königswasser ist ein Gemisch aus konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure im Verhältnis 3 zu 1 und wird als so ziemlich stärkste Säure überhaupt betrachtet.
Die Labor-Untersuchung bei einem Zeolith ergab einen Bleigehalt von 9,7 mg Blei / kg. Meines Erachtens ein guter Wert im unteren Bereich.
Nimmt man aber anstatt Königswasser eine Säure mit einem pH-Wert von 1,5, der einer Magensäure bei nicht vegetarisch ernährten Säugetieren entspricht, so ergeben sich ganz andere Werte in der Bioverfügbarkeit. Bei 5g Zeolith auf 1 Liter dieser künstlichen Magensäure bei 40° C und einer Verweildauer von 30 Minuten ergibt sich ein Wert von 0,008 ppm, was umgerechnet auf 1 Kilogramm Zeolith einen Wert von 1,6 mg Blei pro kg als bioverfügbar im Magen ergibt. Und das nicht bei einem Lebens- oder Nahrungsergänzungsmittel, sondern bei einem Stein und Ionentauscher, der Schwermetalle nicht so einfach freiwillig wieder abgibt. Zusätzlich ist er in der Lage im Zwölffingerdarm bei einem ph-Wert von ca. 8,2 erheblich mehr Blei aufzunehmen, als die Menge, die er an die Magensäure abgegeben hat. Seine Kationenaustauschkapazität wird ja inklusive des enthaltenen Bleis ermittelt.  Erst im basischen Milieu des Darms entfaltet Zeolith - Klinoptilolith seine Kraft in der Adsorption. Genau das ist das besondere an Zeolith - Klinoptilolith im grossen Gegensatz zu Aktivkohle, die, wenn einmal gesättigt, alles wieder abgibt.

Allerdings habe ich auch schon Anbieter gesehen, die anscheinend suggerieren wollen, dass es überhaupt keine Schwermetalle in Alumosilikaten gibt. Aussagen wie „In unabhängigen Laboren geprüft, deshalb schadstofffrei“ sind blanker Unsinn. Durch eine Prüfung wird der Gehalt an Schwermetallen definitiv nicht verändert, aber was tut man nicht alles für´s Marketing. :-))

Zur Info:
Höchstwerte an Gesamt-Schwermetallen bei medizinischem Zeolith Klasse I, IIa / IIb: 50ppm / kg
Höchtswert an Blei bei Zeolith als Tierfuttermittelzusatzstoff 60 ppm / kg

Das Datenblatt
Das Datenblatt sollte alle relevanten Informatinen enthalten, nicht nur die meineralogische Zusammensetzung. Prof. Hecht hat immer gefordert, dass dort Daten wie Selektivitätsreihe, Korngröße, Klinoptilolith-Gehalt, Silizium-Aluminium Verhältnis, Kationenaustauschkapazität (KAK), Schwermetalle und wenn möglich auch einmalige weiter gehende Untersuchung des Steinbruchs aufgeführt sein sollten. Das sind nicht alles kontinuierliche Untersuchungen, aber die Schwermetalle sollten bei jeder Charge untersucht werden.
 

Die Zeolith-Qualität
Mal etwas unaufgeregter, nach diesen zum Teil schon leicht hysterischen Diskussionen im Netz, was einen guten Zeolithen angeblich ausmacht. Von dem allseits bekannten (ohne Datenblatt) unbeweisbaren "Beste Qualität, fein gemahlen bis "der Mahlgrad darf 100 Mikron nicht unterschreiten, sonst entstehen Nano-Partikel!!" sollte man doch einfach mal genauer hinschauen, was sie wirklich ausmacht, die Qualität.
Man muss auch kein Experte werden, um zu verstehen, worauf es ankommt.

Ein kleines einfaches Beispiel: Wenn Sie sich eine hochwertige Wandfarbe kaufen, achten Sie doch auch darauf, dass Sie mit einem Eimer dieser Farbe z.B. 100 m² streichen können und nicht nur 15-20 m². Das wäre nicht nur teuer, sondern auch anstrengend.

Glücklicherweise gibt es eine Kennzahl, die konkret darstellt, wie viel "Power" ein Zeolith hat und das ist die Kationenaustauschkapazität (KAK). Sie bezeichnet, wie viel Kationen der Zeolith überhaupt aufnehmen kann. Das heißt, da Kationen positiv geladen sind wie z.B. verschiedene Giftstoffe und Schwermetalle, dass, je größer die KAK, desto höher das Aufnahmevermögen. Eine hohe KAK geht immer einher mit einer feinen Vermahlung und effektiver Aktivierung, sei es durch Vermahlung im Luftstrom oder thermischer Aktivierung. Auch die spezifische Fläche ist zwingend damit verbunden. Da ein feinerer Zeolith sehr leicht ist, hat zum Beispiel ein Kilogramm eines 6 µm-Materials ein Volumen von 2 Litern. Man bezahlt sicher mehr pro Kilogramm als für einen groberen, hat aber in der (Volumen)-Menge mehr davon.

Ein Beispiel als Anhaltspunkt: Identischer Zeolith, verschiedene Vermahlungen und Korngrössen
Eine Dose 1000 ml mit Zeolith d50%   6 µm = 500g - Schüttgewicht 500 g / Liter - KAK ca. 210 meq / 100 g
Eine Dose 1000 ml mit Zeolith d50% 28 µm = 750g - Schüttgewicht 750 g / Liter - KAK ca. 125 meq / 100 g

 
Hier ein wenig ausführlicher:

DAS VERMAHLEN IST MIT DAS AUSSCHLAGGEBENDE

Es geht natürlich im Steinbruch los, dort wird der Zeolith auf Körnungen von 10-50mm „runtergebrochen“ und dann in einer Ringwalzenmühle (es gibt da aber noch viele andere) auf Korngrössen zwischen 200 - 300µm für uns vorvermahlen. Man könnte ihn auch kleiner vermahlen und sich die Kosten für die zusätzliche Jetmill-Mahlung sparen, das machen auch die meisten Anbieter. Jeder Anbieter, der die Kosten für eine Endvermahlung im Luftstrom auf sich nimmt, schreibt das auch in seinen Artikeltexten.
Es gibt auch noch die Kugelmühle, die wäre aber eher etwas für Bentonit-Montmorillonit, der liegt bei ca. 10 µm und ist in einer Kugelmühle heiß vermahlen und dabei auch gleich getrocknet,

Hier ist für die meisten Zeolithe Schluss und sie gelangen in den Vertrieb.

Bei unserem Zeolith (und natürlich allen anderen wirklich tribomechanisch (TMAZ) aktivierten) geht es jetzt aber erst richtig los. Er kommt mit ca. 200-300µm aus der Ringwalzenmühle und geht auf den Weg zu unserem spezialisierten Dienstleister und wird danach in einer Anlage, deren „Herzstück“ eine Spiralstrahlmühle (Jetmill) mit Sichter ist, weiterverarbeitet und dadurch wirklich aktiviert. Das passiert in einem genau kontrollierten Luftstrom mit ca. 300 km/h.

Hier wird die Luft ringförmig über mehrere tangential angeordnete Düsen in den Mahlraum geführt, (man kann sich den Luftstrom als schraubenförmig vorstellen), wobei die Luft eine sehr hohe Geschwindigkeit erreicht. Der Zeolith wird von den Luftstrahlen erfasst, beschleunigt und durch Teilchen-Teilchen-Reibung zerkleinert, bis er genau die gewünschte Grösse hat, was durch einen sogenannten Sichter kontrolliert wird. Die Teilchen mit der richtigen Grösse werden „ausgeschleust“, zu grosse Partikel an anderer Stelle ebenfalls. Am Schluss kommt in genau den dezidierten Korngrössen unser Zeolith aus der Mühle, nun allerdings aktiviert, was man an den Werten im Datenblatt und im Diagramm deutlich sehen kann:

Spezifische Oberfläche 400-600 m2/g, Kationenaustauschwert 210 meq/100g. Er hat nun eine Korngrösse von durchschnittlich 6µm, weniger als 3% haben die maximale Korngrösse von über 20 µm, keine Partikel über 30 µm, Nanopartikel können bei diesem Verfahren weitestgehend ausgeschlossen werden.

Das sind einige der  Kerndaten, die Sie bei allen Anbietern suchen müssen, um zu erkennen, was Ihnen angeboten wird:

  • Vermahlung, wurde im Luftstrom vermahlen?
  • Kationenaustauschfähigkeit:  150-200 meq/100g ist hervorragend z. B. 200 meq/100g – 200 mval/100g – 200 cmol/kg sind die Einheiten, die grob übereinstimmen
  • Korngrösse: Topcut, mittlere Teilchengrösse sollten genau beziffert sein oder ein Diagramm enthalten
  • Spezifische Oberfläche: hängt von der Vermahlung ab, je feiner desto größer die Oberfläche. Wichtig ist die Oberfläche der Mikroporen, sie zeigt die Porösität  des Materials
  • Klinoptilolithgehalt: je höher desto besser, bis 95% möglich, aber nicht zwingend
  • Siliziumgehalt: alles Richtung 70% ist sehr gut
  • Schüttgewicht: richtig vermahlener Zeolith ist sehr leicht, 500g könnte 1000ml entsprechen
  • Silizium / Aluminium-Verhältnis: 5:1 ist gut

Jeder, der Zeolith anbietet, hat für sein Mineral eigentlich ein Datenblatt mit Infos, die Aufschluss über die durchschnittliche Qualität des Minerals geben. Wer das gar nicht oder nur in Teilen veröffentlicht, weiss es nicht besser oder hat seine Gründe. Ein Zeolith, der z. B. auf 100 bis 150 (Mikron) zerkleinert wurde, kann nicht identische Kationenaustauschwerte liefern wie ein im Luftstrom auf 6µm (Mikron) gemahlener Zeolith. Das liegt im wesentlichen daran, dass bei einem groben Material die Fläche pro qm nicht vergleichbar ist und natürlich keine grosse statische Aufladung stattfindet.

Den Behauptungen mancher Anbieter, man lasse wegen der Entstehung von Nano-Partikeln nicht so fein mahlen, muss man entgegenhalten, sie entstehen bei einer hochwertigen Vermahlung nicht in quantifizierbarer Menge. 1µm (Mikron) entspricht 1000nm (Nanometer) Das liegt doch ziemlich weit auseinander, ein Meter wird ja auch nicht so einfach einem Kilometer gleichgesetzt.

Das Mahlen (Aktivieren, Mikronisieren) ist nach wie vor der Schlüssel zur Kationenaustauschfähigkeit und der spezifischen Fläche. Unser Zeolith wird als Dienstleistung beim Hersteller der Jetmills und inzwischen auch bei einem zweiten spezialisierten Dienstleister mit identischer Mühle  aktiviert und mikronisiert, weshalb wir uns "an der Quelle der Technologie" in sehr guten Händen wissen. Zusätzlich zur Qualität des Minerals an sich spielt nur noch die Technologie und das Wissen um die Mikronisierung und Aktivierung eine entscheidende Rolle.

Wichtig am Ausgangsmaterial ist zum einen der Klinoptilolithgehalt. Da starten dann schon die ersten Internetlegenden: "Es gibt weltweit keinen Zeolith auf der Welt mit 95% Klinoptilolith-Gehalt!" (Zitat) Stimmt nicht, jedoch ist der Anteil an Silizium insgesamt erheblich wichtiger. Das trifft auf Zeolithe wie Bentonite gleichermassen zu und entscheidet darüber, wie viel Silizium im Ionentausch abgegeben werden kann.

Dann die Kationenaustauschkapazität, kurz KAK, engl. CEC für Cation-Exchange-Capacity, die, je höher desto besser, bei manchen Zeolithen 50-60 meq/100g, bei wirklich hochwertigen aber nicht unter 150-160 meq/100g ausmacht. Je feiner vermahlen desto höher die KAK.

Sehr wichtig die spezifische Fläche, normalerweise beziffert in Quadratmeter pro Gramm, es gibt durchaus einiges ab 20 m2 /g auch 60-70 m2/g. Aber um von qualitativ sehr hochwertigem Material zu sprechen, sollte man auf Werte nicht unter 250 m2 /g achten, wenn man einen hochwertig vermahlenen Zeolithen haben will. Allerdings sind diese Tests aufwendig und kostenintensiv.

Das Silizium / Aluminium-Verhältnis, natürlich soviel Silizium und so wenig Aluminium wie möglich, ab 4 : 1 (absolutes Minimum lt. Prof. Dr. Hecht) bis zu allem, was noch höher liegt als 5 : 1 ist im sehr guten Bereich.

Normalerweise ist der Siliziumgehalt eines guten Zeolithen 60%-70%, der Aluminiumgehalt kann zwischen 10%-16% liegen. (Quelle Prof. Dr. Hecht u.a.)
Der durchschnittliche Mahlgrad (Average Particle Diameter) wird oft einfach in Grössen wie 0 - 150µm (Mikron) angegeben, das hilft leider nicht weiter und zeigt eher, daß die genaue Korngrössenverteilung vielleicht nicht bekannt ist, weil nicht kontrolliert vermahlen oder nicht getestet  wurde. Der durchschnittliche Mahlgrad d 50 bedeutet normalerweise eine Mindestmenge von 50% des Materials.  Der Topcut ist die grösste enthaltene Korngrösse mit z.B. 2% mit 24µm (Mikron). Man weiss dann definitiv, mindestens 50% des Materials sind  6µm (Mikron), aber maximal 2% sind 24µm (Mikron). Etwas grösseres als diese maximal 2% mit 24 Mikron sind im Material nicht enthalten. Was wir prinzipiell als Info mitgeben, ist eine Chart der gesamten Korngrössenverteilung. So lässt sich am besten erkennen, welche Qualität man vor sich hat.

Es gibt noch einen wissenswerten Punkt, Zeolith arbeitet zwar wirklich sofort, wenn er mit Luft in Berührung kommt, jedoch nicht ansatzweise so, dass man Angst haben müsste, er verliert augenblicklich an Kraft. Erst ab dem Moment, in dem er auf ein Milieu trifft, das für ihn echte Ionentauschaufgaben bietet, legt er wirklich los, sprich in Flüssigkeiten oder ähnlichem. Das wichtigste ist, die Behälter gut zu verschliessen, so dass keine Luft und keine Feuchtigkeit eindringen kann, dann behält er seine Fähigkeiten durchaus auch über Jahre. Probleme mit Sonneneinstrahlung hat Zeolith überhaupt nicht.

Wir hoffen, mit unserem kleinen Exkurs ein wenig Hilfestellung leisten zu können, erheben natürlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Fehlerfreiheit, freuen uns natürlich auch über Anregungen Ihrerseits.

Ihr  vanterre  Team

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