Klasse 3: Halogenide

1
Halogenide
Klasse 3: Halogenide
Halogenide sind F- (Fluoride), Cl- (Chloride), Br- (Bromide) und J-Verbindungen (Iodide).
Sie lassen sich nach dem Verhältnis Metall : Halogen und/oder nach dem Einbau von
komplexen Anionen gliedern.
Klassifikation
• Metall : Halogen = 1 : 1
Halit (Steinsalz)
Na[6]Cl[6] kub.
Sylvin
K[6]Cl[6] kub.
Chlorargyrit (Silberhornerze)
•
AgCl (AgBr, AgI)
Metall : Halogen = 1 : 2
Fluorit (Flußspat)
•
(siehe Einf. Min. Pet!)
Ca[6]F2[4] kub.
(siehe Einf. Min. Pet!)
Wasserhältige Doppelhalide (Bittersalze)
Carnallit
KMgCl3·6H2O
Algemeine physikalisch-makroskopische Eigenschaften
Halogenide haben meist geringe Dichte (1.6 bis 3.2 g/cm3) und Härte (1 bis 4),
ausgezeichnete Spaltbarkeit, Glasglanz und sind durchsichtig bis durchscheinend. Chloride
sind sehr gut wasserlöslich (vgl. Geschmack). Die Halogenide sind meist farblos, wenn
gefärbt, dann allochromatisch, d.h. durch Fremdionen oder Fremdeinschlüsse. Fast in allen
Farben vorkommend. Die Farben schwarzviolett (Fluorit) bwz. tiefblau (Halit, Fluorit)
entstehen durch Einwirkung von Radioaktivität.
Struktur
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
2
Halogenide
NaCl-Struktur
CaF2-Struktur
Entstehung
durch Fällung (a) beim Eindampfen von Wüstenseen, (b) bei der Verlandung und Evaporation
von Meeresbecken (z. B. Totes Meer), (c) aus vulkanischen Gasen, (d) aus hydrothermalen
Lösungen etc. Ihre gute Löslichkeit bedingt ihre späte Fällung bei der Eindampfung von
Meerwassr und der Bildung mariner Evaporite (nach den Karbonaten und Sulfaten(Gips);
Steinsalz vor Sylvin, Sylvin vor Bittersalzen (= K-Mg-Salze)).
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
3
Halogenide
Bedeutung der Halogenide
1. Wirtschaftliche Bedeutung von Halit: chemische Industrie (Gewinnung von
metallischem Natrium, Soda, Ätznatron, Chlorgas, Salzsäure), als
Konservierungsmittel, Speisesalz, Streusalz im Winter.
2. Flußspat stellt das wichtigste Fluß- (d. h. Schmelz-) mittel für Hüttenprozesse dar
(z.B.: Al-Gewinnung durch Aufschmelzung von Bauxit in Anwesenheit von Fluorit).
Weitere Verwendung in der Keramikindustrie, optischen Industrie, chemischen
Industrie (HF-Gewinnung).
3. Steinsalz ist von wissenschaftlicher Bedeutung für die Kristallchemie aufgrund seiner
Struktur. Viele Sulfid-Strukturen (z.B. Galenit) lassen sich vom NaCl-Gitter (ABTyp) ableiten.
Gewinnung
Bergmännische Gewinnung von Halit durch Abbau oder Laugung/Lösung (Sole) oder durch
Eindampfung von Meerwasser in künstlich angelegten Trocknungsbecken (Salinen). In
Österreich Gewinnung im Salzkammergut (z.B. Hallstatt), dort historisch bedeutender
Bergbau (Hallstatt-Kultur d. älteren Eisenzeit).
Fluorit-Lagerstätten nach strukturmorphologischer Einteilung:
•
Magmatische Abfolge
1. In Karbonatiten, z.B. Palabora (Südafrika), Chilwa (Malawi), Amba Dongar (Indien),
Okoruso (Namibia)
2. Pegmatitisch-pneumatolytisch, z.B. Chibiny und Lovozero (Russland), Bancroft
(Canada), Baltistan (Pakistan)
3. In Greisen, besonders in Sn-W-Lagerstätten
4. Kontaktmetasomatisch (u.a. Skarne)
5. Hydrothermal: in Gängen, z.B. Erzgebirge, Harz, Schwarzwald, Iglesias (Sardinien),
Montroc (Frankreich); in Klüften, z.B. Schweizer Alpen, Polarural, Peru
6. Metasomatisch
•
Karbonatgebundene Zn-Pb Lagerstätten (stratiforme / schichtgebundene,
Lagerstätten, z.B. Illinois-Kentucky-Flußspatprovinz, Penninen (England),
Bleiberg (Österreich), Oberschlesien (Polen)
•
Mantos - Horizontal /Vertikal geschichtete Silikat-Skarn-Sulfidkörper in
Kalksteinen (z.B. mexikanische Flußspat-Lagerstätten)
7. In Ergussgesteinen, z.B. vulkanische Trachyte, Provinz Roma (Italien)
•
Stratiforme Fluoritanreicherungen in sedimentären Abfolgen (in Karbonatgesteinen; marinen
Sandsteinen, Evaporiten)
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
1
Oxide, Hydroxide
Klasse 4: Oxide und Hydroxide
Oxide sind Verbindungen von Metallen mit Sauerstoff O2-; bei Hydroxiden: zusätzlich OH- Gruppen in Struktur
Klassifikation der Oxide
•
Metall : Sauerstoff = 2 : 1 (X2O-Typ)
Cuprit
•
Metall : Sauerstoff = 1 : 1 (XO-Typ)
Periklas
Wüstit
•
Cu2O
MgO
FeO
Metall : Sauerstoff = 2 : 3 (X2O3 Typ oder XYO3 Typ)
Korund-Typ (→ siehe Einführung Min. Pet.!)
Korund
Al2O3
Hämatit
Fe2O3
Ilmenit
FeTiO3
Perowskit
•
CaTiO3
Metall : Sauerstoff = 3 : 4 (XY2O4 Typ)
Spinell-Typ (→ siehe Einführung Min. Pet.!)
Aluminatspinelle
(Spinell
MgAl2O4, Hercynit FeAl2O4)
Ferritspinelle
(Magnetit
Fe2+Fe23+O4)
Chromitspinelle
(Chromit
FeCr2O4)
Zn-, Mn-Spinelle etc.
•
Metall : Sauerstoff = 1 : 2 (XO2 Typ)
SiO2 - Minerale (Quarz etc.) → Silikate
TiO2 - Minerale (Rutil, Anatas, Brookit)
Pyrolusit
MnO2
Kassiterit
SnO2
Uraninit
UO2
Allgemeine Bedeutung der Oxide
• Einige wirtschaftlich bedeutende Metalle werden ausschließlich aus oxidischen Erzen
gewonnen: Cr (aus Chromit), Fe (aus Hämatit und Magnetit), Ti (aus Ilmenit), Al (aus
Al-Hydroxiden → Bauxit), Mn
• Oxide sind Hauptträger des Erdmagnetismus (Magnetik) der Gesteine, was wichtig
zur Ermittlung von Polwanderungskurven (Paläogeographie) ist. "Sea-floor spreading"
wurde mit der Entdeckung von "magnetic reversals" in der ozeanischen Kruste
(Messung der Magnetisierung der Gesteine) schlüssig bewiesen.
• dominante Opak-Komponenten in Gesteinen (durchschnittlich 6.3 Vol.%)
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
2
Oxide, Hydroxide
Allgemeine Eigenschaften
• Atombindungen (kovalent), hohe Gittersymmetrie, dichte Packungen
• hohe Härte, chemische Resistenz, hohe Schmelzpunkte
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
3
Oxide, Hydroxide
Oxide mit Metall/Sauerstoff Verhältnis > 1
Cuprit (Rotkupfererz) Cu2O
Struktur:
kubisch, ähnlich wie Diamant, O mit kubischer Kugelpackung, Cu[2]
Ausbildung:
kubische Kristalle; derbe, dicht-körnige
Aggregate, auch pulverige Massen
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
• Glanz:
• Strich:
deutlich nach {111}
3.5 - 4
6.1 g·cm-3
rot (bis braunrot) durchscheinend bis undurchsichtig
Diamantglanz auf frischen Bruchflächen
braunrot
Vorkommen:
Oxidationsprodukt von primären sulfidischen Cu-Erzen (erst bei
Sauerstoffpartialdrucken stabil). Deshalb bildet sich Cuprit nur an die Erdoberfläche.
hohen
Cu2S + 2O2 + H2O ⇒ Cu2O + H2SO4
Häufig mit den Kupferkarbonaten Azurit und Malachit vorkommend.
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
4
Oxide, Hydroxide
Oxide mit Metall/Sauerstoff Verhältnis = 1
Periklas MgO
Struktur:
kubisch, NaCl-Typ
Ausbildung:
kubische flächenarme Kristalle; meist rundliche Körner
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
• Glanz
gut nach {100}
6
3.7-3.9 g·cm-3
farblos bis grün
Glasglanz
Vorkommen:
in der Natur selten! Minerale der Kontakmetamorphose oder in stark SiO2- untersättigten
Magmatiten
Bedeutung:
Wichtiger Rohstoff der Feuerfestindustrie (Schmelzpunkt 2800 °C!); wird durch Brennen aus
Magnesit gewonnen
MgCO3 ⇒ MgO + CO2
Wüstit FeO
Struktur:
Kubisch, isotyp mit NaCl
Ausbildung:
überwiegend Krusten und massige Aggregate in den Farben schwarz, braun und grau
Vorkommen:
seltenes Mineral, fast nur synthetisch, z.B. in Schlacken. Wüstit ist eine der
Hauptkomponenten des unteren Erdmantels; an der Erdoberfläche bildet er sich vorwiegend
durch Verwitterung aus Magnetit.
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
5
Oxide, Hydroxide
Oxide mit Metall/Sauerstoff Verhältnis = 2/3
Korund Al2O3
Struktur:
Trigonal, hexagonal dichteste Kugelpackung der Sauerstoffe, Al in oktaedrischer
Koordination, Al[6], Schichtstruktur.
Ausbildung:
prismatische Kristalle, tafelig, tonnenförmig, derb (Smirgel)
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
• Glanz
in 1 Richtung
9! (Mohs Skala)
3.9-4.1 g·cm-3
farblos, weiß, rötlich, rot (Rubin! Cr), blau (Saphir! Fe, Ti)
starker Diamantglanz
Vorkommen:
in SiO2-reichen Restschmelzen (Pegmatite), durch Kontakt- und Regionalmetamorphose sehr
Al-reicher Edukte (z.B. Bauxite) auch künstliche Erzeugung (Verneuil-Verfahren)
Verwendung:
Schleifmittelindustrie, Edelsteinindustrie (Rubin, Saphir)
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
6
Oxide, Hydroxide
Hämatit (Eisenglanz) Fe2O3
Struktur:
Trigonal, isotyp mit Korund, Schichtstruktur
Ausbildung:
rhomboedrische bis tafelige Kristalle; blättrig, schuppig (→ Eisenglimmer); derb; nierig traubig (→ Roter Glaskopf); erdig (→ Rötel). Martit ist ein Hämatit, der durch Oxidation von
Magnetit entsteht und nach diesem Pseudomorphosen bildet.
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe
• Glanz:
• Strich:
in 1 Richtung
5.5-6.5
5.2 g·cm-3
rötlichgrau bis eisenschwarz
starker Metallglanz bei Kristallen
rot!
Vorkommen:
häufig; aber sehr wichtig in sedimentären gebänderten Eisenerzen (BIF, Banded Iron
Formations)
Verwendung:
wichtigstes Eisenerz!
Banded Iron Formations (siehe auch Wikipidia)
Unter Bändererzen werden proterozoische Gesteine verstanden, die vor allem vor 2,5 - 1,8
Milliarden Jahren entstanden sind. Allgemein gebräuchlich für gebänderte
Eisenerzformationen ist auch die englische Bezeichnung Banded Iron Formation - BIF.
Bändererze haben einen geschichteten Aufbau, wobei sich eisenhaltige Lagen mit
Hornsteinlagen (engl. chert, mikro- bis kryptokristalliner Quarz von <30µm Korngröße)
abwechseln. Die in den eisenhaltigen Lagen hauptsächlich auftretende Minerale sind Magnetit
(Fe3O4) und Hämatit (Fe2O3). Die einzelnen Lagen sind einige Millimeter bis einige
Zentimeter dick.
Bändererze sind marine Sedimentgesteine, die zu einer Zeit entstanden sind, in der die
Sauerstoff-Konzentration der Atmosphäre und der Meere äußerst gering war. Durch die
Sauerstoffproduktion der zu dieser Zeit existierenden photosynthetisierenden Cyanobakterien
wurde das im Meerwasser gelöste Eisen unmittelbar oxidiert und bildete die Minerale
Magnetit und Hämatit. Diese schwer wasserlöslichen Minerale wurden dann sedimentiert. Es
wird angenommen, dass die Aufnahme des Sauerstoffs durch das im Meerwasser gelöste
Eisen immer nur eine gewisse Zeit andauerte, nämlich so lange, bis das verfügbare Eisen
aufgebraucht war. Dadurch soll eine für die Cyanobakterien schädliche
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
7
Oxide, Hydroxide
Sauerstoffkonzentration entstanden sein, die zum Absterben der Algen führte. Nachfolgend
kam es dann zur Sedimentation der Hornsteine. Diese sind anscheinend durch direkte
chemische Ausfällung und durch kieselsäurebildende Organismen gebildet worden. Der
beschriebene Prozess verlief zyklisch über einen Zeitraum von mehreren 100 Mio. Jahre, bis
die Oxidation des vorhandenen freien Eisens abgeschlossen war. Es wird angenommen, dass
das Eisen hauptsächlich vulkanischen Ursprungs war. Es wurde durch Exhalation an den
Mittelozeanischen Rücken und entlang von Tiefseegraben dem Meerwasser zugeführt. Neben
BIF's mit eindeutigem genetischen Bezug zu vulkanischer Fe-Zufuhr (Algoma-Typ) gibt es
solche für die dies nicht eindeutig belegt ist (Superior-Typ). Gegen die These, dass das Eisen
aus der Verwitterung kontinentaler Gesteine stammt, spricht der geringe Gehalt an
Aluminium in den BIFs und die Tatsache, dass keine klastischen Sedimente, wie Tone
auftreten. Die Bändererzformationen weisen Mächtigkeiten (Schichtdicken) von ca. 50 - 600
m auf und sind damit die wirtschaftlich bedeutsamsten Eisenerzlagerstätten.
Dieses Bild zeigt einen etwa 8,5 Tonnen schweren und 2,1 Milliarden Jahre alten Block mit Bändereisenerzen.
Der etwa zwei Meter hohe, drei Meter breite und einen Meter tiefe Gesteinsblock wurde in Nordamerika
gefunden und gehört dem Staatlichen Museum für Mineralogie und Geologie Dresden.
Ilmenit FeTiO3
Struktur:
Trigonal, Korundstruktur, die Metallplätze sind jedoch geordnet mit Fe
und Ti besetzt: abwechselnd eine Lage Fe-Atome, eine Lage Ti
(dazwischen ein Lage Sauerstoffe).
Ausbildung:
Kristalle sind selten, meist massige Aggregate oder fein verteilt im
Gestein.
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
8
Oxide, Hydroxide
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe
• Glanz:
• Strich:
keine
5-6
4.72 g·cm-3
schwarzgrau (neben Magnetit oft leicht violetter Stich)
wenig deutlicher Metallglanz
schwarz mit leicht braunem Farbton
Vorkommen:
Ilmenit bildet sich primär nur in magmatischen Gesteinen (nicht in der hydrothermalen
Phase). Großere Lagerstätten sind mit Anorthositen und Gabbros verbunden. Konzentration
von Ilmenit durch magmatische Segregation im spätmagmatischen Stadium.
Verwendung:
wichtiges Ti-Mineral, wichtiges Nebenprodukt von Ilmenit ist Vanadium
Perowskit CaTiO3
Struktur:
das theoretische Gitter ist kubisch und setzt sich aus großen Kationen (Ca2+) und mittelgroßen
hochgeladenen Kationen (Ti4+) zusammen. Baustein ist ein Würfel: die Ecken sind mit TiKationen besetzt. Im Zentrum des Würfels ein Ca-Kation. Die Kanten des Würfels sind
jeweils genau in der Mitte mit je einem Sauerstoff besetzt. Jedes Ti-Kation ist oktaedrisch von
6 Sauerstoffen umgeben.
Diese Struktur ist die dichteste Packung, die verschiedenartige Atome überhaupt einnehmen
können. Minerale mit "Perowskit-Struktur" sind daher bei hohen Drucken, unter Bedingungen
des Erdmantels stabil. Wirtschaftlich keinerlei Bedeutung
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
9
Oxide, Hydroxide
Oxide mit Metall/Sauerstoff Verhältnis = 3/4
Spinell-Gruppe
Struktur:
Isometrisch, kubisch dichteste Packung der Sauerstoffe mit oktaedrischen (1/2) und
tetraedrischen (1/8) Lücken.
Gesamtanzahl an oktaedrischen und tetraedrsichen Lücken in einer kubisch dichtesten Packung
Chemismus:
Allgemein X2+Y23+O4
Mineralogie LV 620.074
X[4] = Fe2+, Mg, Zn, Mn2+ (A-Lücken)
Y[6] = Fe3+, Al, Cr, Mn3+ (B-Lücken)
Bakker, Raith
Oxide, Hydroxide
10
Spinell-Nomenklatur und Mischkristallbildung
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
11
Oxide, Hydroxide
Spinell MgAl2O4
Ausbildung:
Oktaeder selten; auch Zwillinge; selten Dodekaeder
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
•
•
•
fehlt
8
3.5-4.1 g·cm-3
abhängig vom Chemismus, weiß, rubinrot, blau, grün, braun bis
schwarz;
Glanz:
nichtmetallischer, Glasglanz
Strich:
weiß
nicht magnetisch
Vorkommen:
Hoch-Temperaturmineral vor allem in metamorphen Gesteinen; in Seifenlagerstätten
Verwendung:
Edelstein: Rubinspinell; synthetischer Spinell für Feuerfestindustrie
Hercynit FeAl2O4
Eigenschaften:
• Siehe Spinell
• Farbe:
dunkelblau-grün, gelb, brown
• Dichte
4.39 g·cm-3
Magnetit Fe3O4
Ausbildung:
Kristalle meist Oktaeder; als Erz meist derb körnige Aggregate. Kristallform ist abhängig von
der Paragenese.
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
Oxide, Hydroxide
12
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit: nicht markant
• Härte:
6
• Dichte:
5.2 g·cm-3
• Farbe:
schwarz
• Glanz:
stumpfer Metallglanz
• Strich:
schwarz
• stark ferromagnetisch!
Vorkommen:
In vielen Gesteinen in geringen Mengen, stabil von magmatischen bis zu sedimentären
Bedingungen. Die Kristallisation von Magnetit setzt eine Mindestkonzentration an Sauerstoff
voraus, da das Fe sonst nur in zweiwertiger Form vorliegt und vorwiegend in Silikaten
eingebaut wird. Fe-Lagerstätten: magmatisch (z.B. Kiruna, Schweden); sedimentär (und
metamorph) in Banded Iron Formations (z.B. Lake Superior Province; Hemersly Range, WAustralien).
Verwendung:
wichtigstes Eisenerzmineral (~72 % Fe)
Entmischungen in Fe-Ti-O System
Ti kann meist nicht wirtschaftlich gewonnen
werden aus massigen Erzen (Hauptbestandteile:
Titanomagnetit mit Ilmenit-Entmischungen, Fereicher Olivin, Apatit), da die Entmischungen oft
sehr fein sind. Über 600 ˚C komplete Mischung
Magnetit-Ulvöspinell (Fe2TiO4) ,
<600˚C
Entmischungen
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
Oxide, Hydroxide
13
Verwachsungen in Fe-Ti-O System
Magnetit-Ilmenit-Verwachsungen
kommen in die Natur unter allen
Verwachsungen am häufigsten vor.
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
Oxide, Hydroxide
14
Chromit (Chromeisenerz) FeCr2O4
Ausbildung:
Kristalle (Oktaeder) selten (in Vergleich mit Magnetit); meist derb-körniges Erz
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit fehlt
• Härte:
5.5
• Dichte:
4.6 g·cm-3
• Farbe:
schwarz bis braunschwarz
• Glanz:
fettiger bis halbmetallischer Glanz
• Strich:
immer dunkelbraun
• nicht paramagnetisch (ganz schwach magnetisch)
Vorkommen:
Fast immer an ultrabasische und basische magmatische Gesteine gebunden. Chrom ist ein
Element, das bei der magmatischen Differentiation in die Frühausscheidung geht (kein Einbau
in Olivin und nur geringfügig in Pyroxen). Folglich bildet Cr meist eigene Minerale. In
Ophioliten: fast immer zusammen mit Olivin in massigen Erzkörper von unregelmäßiger
Form (podiformer Chromit); eingesprenkelt in Silikaten entweder als Einzelkristalle oder in
Form gerundeter Aggregate, auch in Schlierenform („Leopardenerz“).
Lagerstätten: Stratiforme Cr-Lagerstätten in Layered Igneous Complexes (z.B. Bushveld,
Südafrika; Great Dyke, Zimbabwe) und podiforme Chromitlagerstätten in Ophiolithen
(Kempirsai, Kasachstan; winziges Vorkommen bei Kraubath). Es besteht ein Zusammenhang
mit Platin-Mineralisationen: z.B. Bushveld Igneous Complex.
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
15
Oxide, Hydroxide
Verwendung:
einziges wichtiges Chrommineral (bis 58 % Cr); Verschiedene Anwendungen je nach CrGehalt und Cr/Fe. Metallurgie: Stahlveredlung, Legierungen (Nichrome) galvanische
Verchromung (z.B. Autoteile); Feuerfestindustrie; Farbenindustrie (Fixierung; Farbpigmente).
Zn-, Mn-Spinelle
•
Gahnit ZnAl2O4
•
Franklinit (Zn,Mn,Fe)2+(Fe,Mn)23+O4
Entstehen bei der Metamorphose von Zn-Lagerstätten. Als Zn-Lieferant keine Bedeutung.
Oxide mit Metall/Sauerstoff Verhältnis = 1/2
Rutil TiO2
Struktur:
tetragonal, eigener Gittertyp: Ti[6]O2[3], jedes TiO6Oktaeder ist mit zwei weiteren, parallel zur
kristallographischen c-Achse, verbunden; deformierte
kettenartige Struktur.
Ausbildung:
tetragonale Kristalle mit gedrungenem bis stengelignadeligem Habitus; Prismen (mit Längsstreifung) und
Dipyramiden; Zwillinge („Kniezwillinge“); auch
kompakte Aggregate und Körner
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Bruch:
• Härte:
• Dichte:
Mineralogie LV 620.074
vollkommen nach {110}
muschelig, spröde
6-6.5
4.2-4.3 g·cm-3
Bakker, Raith
16
Oxide, Hydroxide
•
•
•
Farbe:
Glanz:
Strich:
dunkelrot, braun, gelb,selten schwarz, durchscheinend
Diamantglanz, hohe Lichtbrechung
gelblich bis bräunlich
Vorkommen:
Pegmatite; hydrothermal in Quarzgängen und alpinen Klüften; akzessorisch in Magmatiten,
Metamorphiten und als Schweremineral in Sedimenten
Verwendung:
neben Ilmenit wichtiges Ti-Erzmineral für die Ti-Gewinnung; Farbe (Titanweiß), Ti-Stähle;
Synthesen für Schmuckindustrie
Andere TiO2- Modifikationen
Anatas und Brookit sind zwei weitere, seltenere Polymorphe von TiO2 mit etwas anderer
Struktur (Tieftemperatur-Modifikationen)
Kassiterit (Zinnstein) SnO2
Struktur:
tetragonal, isotyp mit Rutil
Ausbildung:
tetragonale Kristalle mit gedrungenem bis stengeligem bis körnigem Habitus; meist
Kombinationen von Prismen und Dipyramiden; Zwillinge („sog. Visiergraupen“); auch
nadelig (Nadelzinn) oder glaskopfartig-nierig (Holzzinn)
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Bruch:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
• Glanz:
• Strich:
Mineralogie LV 620.074
undeutlich
muschelig, spröde
6-7
6.8-7.1 g·cm-3
gelbbraun, schwarzbraun durchscheinend;
Fettglanz auf Bruchflächen
gelb bis farblos
Bakker, Raith
17
Oxide, Hydroxide
Vorkommen:
Kassiterit ist in der Regel eine Hochtemperatur-Bildung und meist an granitische Lagerstätten
gebunden. Magmatisch kann Sn in den Kuppeln von Granitplutonen angereichert sein
(zusammen mit Topas, meist feldspatfrei, quarzreich → "Greisen". Greisen sind durch SiO2reiche und wasserreiche überkritische Lösungen stark veränderte Granite, die neben
Wolframit und Scheelit auch Kassiterit führen. In der hochtemperierten hydrothermalen Phase
Bildung von Gängen, mit Li-Glimmern, FeWO4, MoS2 in Quarz). Sekundär in Seifen.
Wichtige Vorkommen: sächsisch-böhmischen Erzgebirge; Cornwall (Süd-England); JünnanProvinz (Südchina); Bolivien, Malaysien
Schematisches Blockbild durch den Erzdistrikt
in Südwest-England. Mit zunehmender
Entfernung vom Granitkontakt bilden sich
niedriger temperierte Erzparagenesen aus. SnDisseminationen im Dachbereich des Granites
und in Gängen direkt am Granit-Kontakt. Pfeil
zeigt abnehmende Temperatur an.
Bedeutung und Verwendung:
• einziges wichtiges Sn-Erzmineral für die Sn-Gewinnung!
• Weißblech
• Legierungen (Sn mit Cu ->Bronze, Sn mit Pb -> Lötzinn); Zinngegenstände
• Lagermetall
• Keramik
Pyrolusit MnO2
Struktur:
tetragonal, isotyp mit Rutil
Ausbildung:
strahlige Aggregate; poröse, körnig-erdige Massen; Dendriten (astartige- bis moosförmige
Gebilde auf Schichtflächen); krustenartige Überzüge; als Psilomelan: traubig-nierige,
gelartige Abscheidungen; als Wad in erdigen Massen; meist mit anderen Mn-Oxiden
vermengt -> sog. Braunstein
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Bruch:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
Mineralogie LV 620.074
an Kristallen deutlich
muschelig, spröde
nicht bestimmbar; 1-6
schwankend
dunkelgrau, opak;
Bakker, Raith
18
Oxide, Hydroxide
•
•
Glanz:
Strich:
Metallglanz
schwarz
Vorkommen:
• sedimentär: bildet sich in küstennahem Flachmeer, bis zu 4.5 m mächtige Lagen
(Nicopol, Ukraine). Primäre Quelle des Mn sind vermutlich Mn-haltige präkambrische
Gesteinsserien in der Umgebung. Transport des Mn durch Verwitterungslösungen.
• vulkano-sedimentär (z.B. Ural)
Bedeutung und Verwendung:
• wichtigstes Mn-Erzmineral!
• Stahlveredlung (Spielgeleisen, Ferromangan);
• Entschwefelung im Eisenhüttenprozess;
• Legierungsmetall;
• chemische und Elektroindustrie (Trockenelemente);
• Entfärben von Glas
Uraninit (Uranpecherz, Pechblende) UO2
auch Einbau von Th (bis 15 %), das Th-reiche Äquivalent heißt Thorianit (ThO2)
Struktur:
Isometrisch, isotyp mit Fluorit; Gitter durch Radioaktivität oft zerstört → Metamiktisierung
Ausbildung:
Kristalle selten; meist derb, oft
traubig-nierige Aggregate
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
19
Oxide, Hydroxide
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit:
• Bruch:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
• Glanz:
• Strich:
deutlich
muschelig, spröde
5-6
9-10.5 g·cm-3
schwarz
halbmetallischer bis pechartiger Glanz
braunschwarz
Besonderheiten:
stark radioaktiv! U-Pb Zerfallsreihen: U238, U235 und Th232 zerfallen zu Pb206, Pb207, Pb208 →
Anwendung für Altersdatierung
Vorkommen:
primär an SiO2-reiche magmatische Gesteine (Granite, Pegmatite) gebundene Lagerstätten.
Granite enthalten normalerweise etwa 3 ppm U. Anreicherung in der pegmatitischpneumatolytischen Phase (zusammen mit Nb-Ta, TiO2 und SnO2); sedimentär (z.B. in
Seifenlagerstätten, mit Gold in fossilen Seifen im Witwatersrand, Südafrika); auch aus
Phosphoriten als Spurenelement; oxidiert leicht und wandelt sich gerne um in bunte
sekundäre U-Minerale
Bedeutung und Verwendung:
wichtigstes U-Erzmineral! Kernenergiegewinnung; Gewinnung von Radium (z.B. für
Medizin).
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
Oxide, Hydroxide
20
Hydroxide
Brucit Mg(OH)2
Struktur:
hexagonal, OH-Mg-OH Schichten mit Ionenbindung innerhalb der Schicht und
Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Schichten; Mg2+ in [6]–Koordination; alle
Positionen sind besetzt → trioktaedrische Besetzung! Fe2+ und Mn2+ können eingebaut
werden
Ausbildung und Eigenschaften:
blättrige Kristalle, bzw. blättrig-schiefrige Aggregate; nicht
elastisch; Spaltbarkeit nach {0001} vollkommen!; H = 2.5;
D = 2.4 g·cm-3; weiß grau, durchsichtig
Vorkommen:
mit Mg-reichen Gesteinen mit Dolomit, Serpentin, Magnesit, Chromit; entsteht durch
Umwandlung von Mg-Silikaten wie Olivin und Serpentin
Mineralogie LV 620.074
Bakker, Raith
21
Oxide, Hydroxide
Al-Hydroxide
•
•
•
Gibbsit Al(OH)3
Diaspor α-AlO(OH)
Böhmit γ-AlO(OH)
Das Gemenge dieser Minerale wird als "Bauxit" bezeichnet! Bauxit ist also ein Gestein und
kein Mineral!
Allgemeine Eigenschaften der Al-Hydroxide:
Pisolithe (konzentrisch aufgebaute kugelförmige Aggregate) oder feinkörnig; Bestimmung
von Eigenschaften an einzelnen Kristallen nicht möglich
Vorkommen:
Bauxite sind typische Verwitterungsprodukte von Al-reichen Gesteinen (Silkatbauxit,
Karstbauxit)
Bedeutung und Verwendung:
Wichtigster Al-Rohstoff zur Al-Gewinnung! auch zur Herstellung von synthetischem Korund
(Schleifmittel), Feuerfestindustrie (Ziegel)
Gibbsit
Struktur:
monoklin, Grundstruktur ist gleich wie bei Brucit. OH-Al-OH Schichten mit Ionenbindung
innerhalb der Schicht und Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Schichten; Al3+ in
[6]–Koordination; nur 2/3 der Positionen sind besetzt → dioktaedrische Besetzung!
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Oxide, Hydroxide
Vergleich mit Brucit:
Diaspor
Struktur:
orthorhombisch, hexagonal dichteste Kugelpackung der O und OH (ABABAB...Stapelung)
mit Al in oktaedrischer [6]–Koordination
Böhmit
Struktur:
orthorhombisch, Schichtstruktur mit verzerrt oktaedrischer Koordination von Al;
Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Schichten
Mineralogie LV 620.074
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Oxide, Hydroxide
Goethit (Nadeleisenerz) α-FeO(OH)
Struktur:
orthorhombisch, isotyp mit Diaspor, wechselnder Gehalt an H2O
Ausbildung
Kristalle selten, prismatischer Habitus mit Längsstreifung; kugelig-strahlige Aggregate (z.T.
als brauner Glaskopf); derbe, dichte, poröse, pulverige Aggregate
Goethit von Fe-Erzlagerstätte Negaunee, Michigan (USA)
Eigenschaften
• Spaltbarkeit:
• Bruch:
• Härte:
• Dichte:
• Farbe:
• Glanz:
• Strich:
vollkommen nach {010}
muschelig
5 - 5.5
4.5 g·cm-3 im Mittel
schwarzbraun bis hellgelb;
halbmetallisch, matt, erdig opak; Metallglanz
braun, gelblich
Ähnliche Minerale
•
•
Lepidokrokit (Rubinglimmer) γ-FeO(OH); eine weitere Modifikation, oft gemeinsam
mit Goethit vorkommend und makroskopisch meist nicht unterscheidbar; eher tafelige
Kristalle; isotyp mit Böhmit
Limonit FeO(OH)·nH2O ist eine Bezeichnung für natürlich vorkommende FeHydroxide unbestimmter Identität
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Oxide, Hydroxide
Vorkommen von Fe-Hydroxiden
•
Typisches Vewitterungsprodukt von Fe-Mineralen (z.B. Eiserner Hut, Laterite,
Böden)
•
Rückstand bei Verwitterung von Kalken (Bohnerz)
•
Ausfällung von Wässern in Mooren (Raseneisenerz)
•
wichtig in marin sedimentären Fe-Lagerstätten (Eisenoolithe, Minette-Erze)
Bedeutung und Verwendung:
Historisch wichtige Fe-Erzminerale (Brauneisenerz) für die Fe-Gewinnung
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