Mineralogie LV Semester. Bakkalaureatsstudium Angewandte Geowissenschaften. Ronald J. Bakker Johann Raith 3 ECTS

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1 Mineralogie LV ECTS 4. Semester Bakkalaureatsstudium Angewandte Geowissenschaften Ronald J. Bakker Johann Raith SS 2007

2 Einleitung 1 Mineralklassen (Systematik nach H. STRUNZ) Klasse 1. Elemente Gediegene Metalle, Semimetalle, Nichtmetalle Klasse 2. Sulfide (inklusive Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonide, Bismutide) 0.15 % der Erdkruste Klasse 3. Halogenide (F, Cl, Br, J) Klasse 4. Oxide und Hydroxide inkl. SiO 2 etwa 17 % der Erdkruste Klasse 5. Karbonate, Nitrate, Borate Kation in Dreierkoordination: [CO 3 ] 2-, [NO 3 ] -, [BO 3 ] 3- Klasse 6. Sulfate, Chromate, Molybdate, Wolframate 6-wertiges Kation in Viererkoordination: [SO 4 ] 2-, [CrO 4 ] 2- etc. Klasse 7. Phosphate, Arsenate, Vanadate mengenmäßig untergeordnet 5-wertiges Kation in Viererkoordination: [PO 4 ] 3- etc. Klasse 8. Silikate etwa 80 % der Erdkruste; technisch und wirtschaftlich wichtig [SiO 4 ] 4-, [Si 2 O 7 ] 6-, [Si 2 O 6 ] 4-, uzw. Klasse 9. Organische Minerale

3 Einleitung 2 Webseiten Mindat.org is the largest mineral database and mineralogical reference website on the internet. This site contains worldwide data on minerals, mineral collecting, mineral localities and other mineralogical information. This site is growing every day, with new mineral information, localities and photographs added by members - whether you are interested in mineral collecting, a student or a professional mineralogist why not join so you can keep the site updated with information on areas you are familiar with. Mineralienatlas ist ein nicht kommerzielles Projekt von und für Besucher. Der Schwerpunkt liegt auf Mineralogie, Paläobiologie, Geologie, Bergbau sowie Lagerstätten (Fundstellen). Bei uns kann und soll jeder mitmachen! Es haben sich schon 2229 Benutzer registriert. Unsere stetig wachsende Enzyklopädie mit derzeit Seiten wird Ihnen ebenso, wie unser gut besuchtes Forum bei der Informationssuche helfen. Welcome to the Rruff Project website containing an integrated database of Raman spectra, X-ray diffraction and chemistry data for minerals. Die Geowissenschaften beschäftigen sich mit der Erforschung der Erde und gehören damit zu den Naturwissenschaften. Dieses Portal bietet einen Einstieg in den Themenkomplex der Geowissenschaften Viel Spaß! Lehrbücher Klein C. (2002) Mineral Science. John Wiley & Sons, USA, pp Matthes S. (1993) Mineralogie. Springer-Lehrbuch, 4.Auflage, Berlin-Heidelberg. pp Offerman E. (2004) Kristalle und ihre Formen. Band 1 und 2, KristalloGraphik Verlag, Achberg (Germany). Putnis A. (1995) Introduction to Mineral Sciences. Cambridge University Press, BAS Printer Ltd., Over Wallop, Hempshire, pp Wenk H.-R., Bulakh A. (2004) Minerals, their constitution and origin. Cambridge University Press, UK, pp. 646.

4 Einleitung 3 Verteilung der Elemente in der Erdkruste Die chemischen Elemente sind in der Erdkruste sehr ungleichmäßig verteilt; nur 8, nämlich Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K und O sind mit mehr als 1% vertreten und bauen, vorwiegend in silikatischer Form, zu über 98 mass% die Erdkruste auf. Zwölf weitere sind mit 0.1 bis 1% vertreten. Die Konzentrationen aller ander Elemente sind nicht höher als 0.1% und liegen meisten weit darunter. Daraus wird deutlich, dass alle wirtschaftlich interessanten Elemente in irgendeiner Weise durch geologische Vorgänge in der Kruste angereichert werden müssen, um ökonomisch genutzt werden zu können. In der Erdkruste Ultramafische Gesteine: Cr mit Duniten und Harzburgiten in Ophiolith-Komplexen und einigen tholeiitischen Intrusionen. Daneben Pt und andere Platingruppen- Elemente (PGE), seltene Erden, Nb, Ta, Zr, P in Carbonatiten. Diamant in Kimberliten. Basische Gesteine (Gabbros, Norite, Anorthosite). Separation sulfidischer und/oder oxidischer Schmelzen (silikatischen). Damit Anreicherung von Nickel-Kupfer + PGE (sulfidisch) und Cr, Fe-Ti-V (oxidisch). Gravitative Absaigerung von dichteren Kristallen aus einer weniger dichten Schmelze (z.b. Chromit in tholeiitischen Intrusionen). Anreicherung in fluider (H 2 O-reicher) Restphase. Granitische Gesteine i.w.s.: Hydrothermale Gänge mit Au-Ag (Ontario; Australien), mit Pb-Zn (Harz), mit disseminiertem Cu-Mo (Butte, Montana), mit Sn-Cu (Cornwall; Indonesien); mit Pegmatiten (H 2 O-reiche Differentiate der Granite): Sn, W, Nb-Ta, Edelsteine. Dazu kommen alle Anreicherungen in Verbindung mit syenitischen Gesteinen: Korund, Zr, Apatit (Phosphat). metamorph: Meist keine echte, durch Metamorphose hervorgerufene Anreicherung, sondern Veredelung durch Umkristallisation ursprünglich anders gearteter Lagerstätte, z.b. Korund aus Bauxit- und Laterit (Izmir; Naxos), Siderite Magnetit, Veredelung von Braunkohle und Torf zu Anthrazit usw., hydrothermale Gold Ablagerungen. An der Erdoberfläche In diese Katagorie fallen alle sedimentären Lagerstätten. Diverse Mechanismen sind bekannt: Chemische Anreicherung: vulkano-sedimentäres Milieu; submarin-exhalative Vorgänge z.b. an konstruktiven Plattenrändern (z.b. im Roten Meer). Abhängig von der großtektonischen Situation. Bildung von stratiformen (dh. schichtgebundenen) Lagerstätten verschiedener Metallinhalte. Wichtigste Buntmetalllagerstätten (Pb-Zn-Cu±Ag±Au) fallen in diese Kategorie. sedimentär (ohne hydrothermale Aktivität); z.b. Kupferschiefer (Merallgehalte in Schwarzschiefer), oolitische Eisenerze, Manganknollen; Evaporite (Salzlagerstüatten, durch Eindampfung von Meerwasser entstanden), Nitratlagerstätten (terresrischer Entstehung, Atacama, Chili), Phosphat (± U und V).

5 Einleitung 4 Mechanische Anreicherung: Seifenlagerstätten; Au, U (z.b. Witwatersrand, Südafrika), Pt-Seifen, Fe-Ti (Ilmenitsande), Zr-Monazit Sande (Sri Lanka), Diamantseifen (Namibia): Entstehung fluviatil (Ablagerung aus fließenden Gewässern) oder marin (als Strandseifen). Äolisch (durch Windeinwirkung). Anreicherung aufgrund großer Dichte und besonderer mechanischer wie chemischer Widerstandskraft gegenüber Transportmilieu. Anreicherung durch Verwitterung: Wichtig sind Kaolinvorkommen (Keramikindustrie) durch Verwitterung granitischer Gesteine i.w.s., Bauxite (Aluminiumerz), Garnierite (Nickel-Laterite auf ultramafischen Gesteinen in New Caledonia), einige Mn-Erze. Schon bestehende Erze können durch Verwitterung weiter angereichert werden Eisener Hut.

6 Elemente 1 Elemente Überblick Chemie

7 Elemente 2 Natürliche Elemente in die Geowissenschaften Etwa 20 chemische Elemente kommen in der Natur in metallischer (dh. gediegener) Form vor. Sie werden zweckmäßigerweise eingeteilt in Metalle, Halbmetalle (Metalloide) und Nichtmetalle, je nachdem, wie die Atome gebunden sind. Metalle Name Formel Struktur Gold-Gruppe Gold Silber Kupfer Au Ag Cu kub. flächenzentriert kub. flächenzentriert kub. flächenzentriert Platin-Gruppe Platin Pt kub. flächenzentriert Eisen-Gruppe Eisen α-fe kub. innenzentriert Quecksilber-Gruppe Quecksilber Amalgam Hg Hg,Ag flüssig! Wismut Bi hexagonal Metalloide Name Formel Struktur Arsen As hexagonal Antimon Sb hexagonal Nichtmetalle Name Formel Struktur Schwefel S orthorhombisch Diamant C kubisch Graphit C hexagonal, orthorhombisch

8 Elemente 3 Metalle Allgemeine Eigenschaften von Metallen sehr dichte "Packung" der Atome: alle Bausteine (Atome) haben die gleiche Größe. kubisch dichteste Kugelpackung Tetraeder- und Oktaederlücken in kubisch dichteste Kugelpackung Tetraeder- und Oktaederlücken in hexagonal dichteste Kugelpackung

9 Elemente 4 Allgemeine Eigenschaften von Metallen hohe Koordinationszahl: jedes Atom ist von 12 gleichartigen Nachbarn im gleichen Abstand umgeben, z. B. Au [12] in kubisch flächenzentrierten Gittern. Struktur: kubisch flächenzentriert, kubisch innenzentriert, hexagonal flächenzentriert flächenzentriert innenzentriert hohe Dichte metallische Bindung exzellente elektrische und thermische Leitfähigkeit Deformierbarkeit und geringe Härte Legierbarkeit Dendritische Wachstumsformen

10 5 Elemente Gold, Au Chemismus Au (100%), und natürliche Legierung mit Ag (30-45%) in Elektrum Structur: kubisch flächenzentriertes Gitter (m3m) Ausbildung gediegenes Gold (native gold), meist drahtförmig, dendritisch-skelettförmige Aggregate Goldmuseum Brad (Rumänien)

11 Elemente 6 Gedingen Gold. a. Oktaeder mit typisch gekrümter Oberfläche, b. mit dendritischem Wachstum. Eigenschaften Härte: Dichte: g cm -3 Farbe: goldgelb Strich: goldgelb Glanz: metallisch Schmelzpunkt: C Vorkommen: primär: Berggold vor allem in hydrothermalen Ganglagerstätten mit Quarz ± Karbonat (Tauern, Kalifornien, West-Australien); mechanische Beimengung (2%) in Arsenkies (FeAsS) und Pyrit (FeS 2 ), aber nicht ins Gitter eingebaut; disseminiert mit Chalcopyrit in sogenannten "porphyry copper" Lagerstätten (0.5-5 g/t), Nebenprodukt der Cu- Gewinnung. sekundär: Anreicherung in Seifen (rezent und fossil), Seifengold, Waschgold (nuggets), aufgrund hoher Dichte und Widerstandsfähigkeit. Flußläufe und Meeressande (Rheingold, Yukon, Indonesien). Fossil in der größten Goldlagerstätte der Welt: Witwatersrand (S.-Afrika). Gewinnungsproblematik: geringe Konzentration der Erze große Abraummengen Zyanidlaugung (KCN-, NaCN-Laugen) Amalgamierung (Fällung mit Quecksilber) Verwendung: Währungsmetall; Elektronikindustrie; Chemie; Zahntechnik; Schmuckindustrie Kupfer, Cu Struktur: kubisch flächenzentriert (m3m) Eigenschaften Härte: Dichte: 8.95 g cm -3 Farbe: kupferrot, braun, schwarz Strich: kupferrot Glanz: metallisch Schmelzpunkt: 1085 C Ausbildung: meist dentritische und formlose Aggregate, Oxidationshaut

12 Elemente 7 Silber, Ag Struktur: kubisch flächenzentriert (m3m) Eigenschaften Härte: Dichte: g cm -3 Farbe: silberweiß Strich: silberweiß bis gelblich Glanz: metallisch, mattschwarzen Anlauffarben Schmelzpunkt: C Ausbildung: Kristallisiert in draht-, haar- oder moosförmigen bis dendritischen Aggregaten oder in einer feinkristallinen Masse Platin, Pt Chemismus Bis zu 21% Fe in Gitter eingebaut, daneben treten gewöhnlich wechselnde Gehalte an anderen Platingruppenelementen (PGE) auf (Palladium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Rhodium) Struktur: kubisch flächenzentriert (m3m) Eigenschaften Härte: Dichte: g cm -3 Farbe: grauweiß Strich: grauweiß Glanz: metallisch Schmelzpunkt: 1768 C Vorkommen Ultrabasische Gesteine mit Chromit (FeCr 2 O 4 ) (Ural) Abpressungen basischer (gabbroider) Gesteine (Bushveld-Komplex, S.-Afrika; Stillwater-Komplex, USA) und Pentlandit-Magnetkies-Anreicherungen Diskordante, ultramafische Pegmatit-Pipes (Bushveld) Chromit Horizonte (Bushveld) In Fluß-Seifen (Ural, Alaska) Eisen, Fe Chemismus Beschränkt mischbar mit Ni Vorkommen Elementares Eisen hat in irdischen Vorkommen nur ganz geringe Bedeutung, ist aber in Eisenmeteoriten (Kamacit) und lunaren Basalten häufig. Selten: näturlicher Hochoffenprozess, z.b. wenn der FeO-Gehalt basischer Magmen beim Durchtritt durch Kohlenflöze reduziert wird (Grönland). Der Erdkern besteht wahrscheinlich aus Ni-reichem Eisen (Taenit).

13 Elemente 8 Struktur: kubisch innenzentriert (α-fe), Polymorphie bei höheren Temperaturen und Drucken. bcc = body-centred cubic (innenzentriert) fcc = face-centred cubic (flächenzentriert) hcp = hexagonal closest packed ortho = orthorhombic (also double hexagonal closest packed) Eigenschaften Härte: 4-5 Dichte: g cm -3 Farbe: grauweiß Strich: grau Glanz: metallisch Schmelzpunkt: 1535 C

14 Elemente 9 Nichtmetalle Kohlenstoff, C Polymorphie: Graphit hexagonal (bzw. orthorhombisch) (6/mmm) Diamant kubisch (m3m) Vergleich der Struktur von Diamant und Graphit Stabilitätsbedingungen der Kohlenstoff-Modifikationen Diamant-Struktur, vergleich mit kubisch dichteste Kugelpackung (Allgemeine Eigenschaften von Metallen).

15 Elemente 10 Vergleich Diamant - Graphit Diamant Graphit Chemismus C [4] C [3] Kristallsystem kubisch hexagonal/orthorohombisch Härte nach Mohs 10! extrem hart 1-2! weich, blättrig Dichte 3.51 g cm g cm -3 Lichtbrechung n = 2.417; hohe Dispersion! - Glanz Diamantglanz Metallglanz, matt Farbe farblos, gelb, blau, etc. schwarz, grau Spalbarkeit deutlich nach (111) volkommen (0001) Therm. Leitfähigkeit exzellent - Elek. Leitfähigkeit Isolator bis Halbleiter guter Leiter Bedeutung von Graphit Schmelztiegel; Graphitelektroden; Bleistiftminen; Kohlestäbe Schmier- und Poliermittel Stahl- und Gießereigraphit Elektrographit: Reaktortechnik, Abbremsen von Neutronen Kunststoffindustrie Ein Großteil des Graphitbedarfs wird heute künstlich gewonnen (verkoken von Braunkohle, Steinkohle, Erdöl und Peche, aber auch Kunststoffe) Vorkommen von Graphit: Häufig in metamorphen Gesteinen durch Reduktion von primärer organischer Substanz (z.b. Kohle) durch Temperatur (Sunk, Kaisersberg). Daneben in magmatischen Gesteine (nur bei niederigen Sauerstoff-Partialdrucken) und in Meteoriten. Wichtig sind mit Graniten assoziierte Graphitgänge (Sri Lanka, Madagaskar, USA), die durch Oxidation von Methan enstanden sind. Wachstumformen Diamant:

16 Elemente 11 Wie und wo entsteht Diamant? Diamant ist die Hochdruck- Modifikation von Kohlenstoff; an alte Kratone gebunden kontinentale Kollisionszonen mit UHP Metamorphose (z.b. China). Muttergesteine und Alter der Diamanten: Kimberlite und Lamproite: Ma; Diamanten sind meist älter! Harzburgite: ca. 3.3 Ga Eklogite: ca. 1 bis 3 Ga Sekundäre Anreicherungen in Seifen (fluviatil und marin). Große Vorkommen an der Küste von Namibia, Zaire und Angola (Abbau aus 2000 m Tiefe). Seifendiamanten sind meist kleiner als solche in Primärlagerstätten, aber oft von besseren Qualität und Haltbarkeit. Bedeutung von Diamant: Edelstein, Wertanlage: Brillantschliff, Schmuckstein Schneiden, Schleifen, Bohren (auch synthetisch erzeugt = Industriediamanten) Elektronikindustrie Wissenschaft: Einschlüsse in Diamant als einzige Zeugen für Prozesse im tieferen Erdmantel Bewertungskriterien (die 3C) Carat - Gewicht in Karat (1 Karat = 0.2 Gramm) Clarity - Reinheit, Feuer Colour - Farbe (N gelb; B blau) Der größte bisher gefundene Diamant ist der "Cullinan" (British Crown Jewel, 1905) mit 3106 ct (621.2 Gramm). Der "Cullinan 1" (oder "Great Star of Africa") ist ein 530 Karat schwerer Diamant, welcher aus dem "Cullinan" herausgeschnitten wurde. Carat size Cost per carat (US$), 2007 Total cost (US$), carat 3,000 1, carat 6,500 6, carats 8,500 12, carats 13,000 26,000

17 Elemente 12 Schwefel, S Struktur S 8 -Ring (Moleküle) mit van-der-waals Bindungen zwischen ihnen. Polymorphie: α-schwefel : orthorhombisch (<95.5 C) (mmm) β-schwefel: monoklin ( C) (2/m)

18 13 Elemente Ausbilding: Orthorombische Kristalle (oft Kombination von Bipyramiden, Prisma); häufig feinkristalline Kristallrasen, derbe Aggregate Eigenschaften Härte: Dichte: Farbe: Glanz: Schmelzpunkt: g cm-3 schwefelgelb Harzglanz C Strich: weiß Vorkommen: vulkanische Exhalationen (Reduktion SO2 und Oxidation von H2S); sedimentär durch bakterielle Sulfatreduktion. Oxidation von Pyrit unter bestimmten SauerstoffPartialdrucken. Hauptproduktion aus USA; Sizilien, Japan, Indonesien (Thermen-Absätze). Verwendung: Herstellung von Schwefelsäure; Vulkanisieren von Kautschuk; Zellstoffindustrie; Schädlingsbekämpfung; Pyrotechnik Solfataren auf Vulcano (Eolische Inseln, Italien) (Exkursion, 2006)

19 Sulfide 1 Klasse 2: Sulfide und Arsenide Sulfide sind die Salze von H 2 S; bei Arseniden Austausch von As für S, auch Verbindungen von Metallen mit Sb, Se und Te zählen zu dieser Mineralklasse. Allgemeine Merkmale Wichtigste Gruppe der Erzminerale; Quelle für Übergangselemente (Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Hg, Mo, Sb), S und As Metall-Schwefel-Verbindungen können Ionen-, Kovalent- und Metallbindungen sein; einige Sulfide mit Schichtstruktur (z.b. Molybdänit) zeigen auch van der Waalsche Bindungen zwischen den Schichten; der teilweise metallische Charakter der Bindungen resultiert in niedriger bis mittlerer Härte, mittleres bis hohes Reflexionsvermögen; elektrische Halbleiter Sulfide sind meist opak (undurchsichtig) und zeigen oft metallischen Glanz; seltener halbmetallischer Diamant- bis Fettglanz (z.b. Sphalerit) Neben der Härte sind die Farbe im Handstück und vor allem die Strichfarbe wichtige Merkmale für die erste makroskopische Bestimmung Genauere Bestimmung im Auflichtmikroskop bzw. Elektronen-Mikrosonde (EMS) Klassifikation Unterteilung in Gruppen mit abnehmendem Metall/Nichtmetall-Verhältnis (nach Strunz). Bisher ist es nicht möglich, für diese Mineralgruppe eine allgemeine gültige und anwendbare Klassifikation aufgrund der Kristallstruktur aufzustellen, wie etwa bei Silikaten. Der alten, auf rein makroskopischen Merkmalen beruhende Einteilung in Kiese, Glanze, Blenden und Fahle wird in der Deutschen Nahmensgebung zum Teil noch Rechnung getragen.

20 Sulfide 2 Sulfide mit Metall/Schwefel Verhältnis > 1 In diese Gruppe fallen einige wirtschaftlich sehr bedeutende Minerale der Metalle Cu, Ag, Ni mit den Nichtmetallen S (und Se). Das Verhältnis Metall/Nichtmetall ist meist 2; häufig sind mehrere Modifikationen bei gleicher Stöchiometrie, was die vollkommene Aufklärung der Strukturen bisher erfolgreich behindert hat. Pentlandit (Ni, Fe) 9 S 8 kub. Chalkosin (Kupferglanz) Cu 2 S hex/orthorhomb Akanthit (Silberglanz) Ag 2 S kub/mkl Sulfide (und Arsenide) mit Metall/Schwefel Verhältnis = 1 Diese Gruppe enthält eine Reihe wirtschaftlich äußerst wichtiger Sulfide. Man unterscheidet nach der Koordination der Kationen: 1. in tetraedrischer Koordination, Ableitung vom Diamant-Struktur: Zinkblende Gitter und Wurtzit-Gitter 2. in oktaedrischer Koordination, Ableitungen durch Verzerrung der NaCl- Struktur (Bleiglanz-Reihe) 3. in Koordination trigonaler Prismen: Ableitung vom NiAs-Typus 4. Koordinationen zu Schichtgittern: Covellin Die Kristallstrukturen sind meist relativ einfach und aus der kubisch- oder hexagonal-dichtesten Kugelpackung abzuleiten. Der Bindungscharakter ist einerseits kovalent (Blenden) oder betont metallisch (Glanze). Sphalerit (Zinkblende) ZnS kub. (siehe Einf. Min. Pet.!) Chalcopyrit (Kupferkies) CuFeS 2 tetr. (siehe Einf. Min. Pet.!) Galenit (Bleiglanz) PbS kub. (siehe Einf. Min. Pet.!) Cinnabarit (Zinnober) HgS trig. Nickelin (Rotnickelkies) NiAs hex. Pyrrhotin (Magnetkies) FeS Fe 1-x S hex. Covellin (Kupferindig) CuS hex.

21 Sulfide 3 Sulfide (und Arsenide) mit Metall/Schwefel Verhältnis < 1 Eine große Gruppe von Sulfiden, zu der einige sehr weit verbreitete Minerale gehören (z.b. Pyrit, Markasit). Die Kristallstrukturen sind meist einfach: Abgeleitet von NaCl-Struktur (z.b. Pyrit); oder Schichtgittern (z.b. Molybdänit) Stibnit (Antimonit) Sb 2 S 3 orh. Pyrit (Schwefelkies) FeS 2 kub. (siehe Einf. Min. Pet.!) Markasit FeS 2 orthorhomb. Arsenopyrit (Arsenkies) FeAsS orh. Molybdänit (Molybdänglanz) MoS 2 hex. Komplexe Sulfide (Sulfosalze) Fahlerzreihe: Tetraedrit - Tennantit A x B y S n (A=Metalle, B=Halbmetalle) Sulfide mit Metall/Schwefel Verhältnis > 1 Pentlandit, (Ni, Fe) 9 S 8 Struktur: Isometrisch, kubisch dichteste Kugelpackung der S-Atome: Elementarzelle enthalt 32 Schwefel atome, 32 Metallatome in tetraedrischen und 4 in oktaedrische Lücken (abgeleitet von Spinell-Struktur). Ni und Fe sind statistisch verteilt. Spinel structure cubic close-packed array of oxygen atoms with the A and B cations occupying one eight of the tetrahedral sites and one half of the octahedral sites. Therefore, there are 32 oxygen atoms in the spinel unit cell. Chemismus: Fe/Ni Verhältnis 1 (15-45% Ni, 25-42% Fe), geringe Menge an Co. Pentlandit ist unterhalb 610 C stabil, darüber weitgehende Mischbarkeit im System Fe-Ni-S. Die reinen Entglieder Fe 9 S 8 und Ni 9 S 8 sind nicht stabil. Ausbildung: meist derb, körnige Aggregate; Kristalle selten: Oktaeder {111}, Kombination von Würfel {100} und Oktaeder {111}

22 Sulfide 4 Eigenschaften: Spaltbarkeit: deutlich nach Oktaeder; spröder Bruch Härte: Dichte: g/cm 3 Farbe: bronzegelb Strich: hell bronze-braun Glanz: Metallglanz im Unterschied zu Pyrrhotin nicht magnetisch Vorkommen: Mineral der "liquidmagmatischen" Vererzung: Entmischung einer Sulfidschmelze mit Kupferkies (CuFeS 2 ), Magnetkies (FeS) und PGM (platinum-group minerals). Wichtigste Ni-Co Lagerstätte: Sudbury Complex (Canada) Schüsselformig Intrusionen (40 x 60 km) von mafischen gabbroiden Gesteinen mit einer "Sublayer" (sulfidreicher Norit mit massiven Sulfiden), Augit-Norit, Quarz- Gabbro und Granophyr (granitisch). Sulfidvererzungen nur am Kontakt und "Offset" Vererzungen. Die innere Gesteine haben genetisch mit der Intrusion nichts zu tun.

23 Sulfide 5 Bedeutung: Wichtigstes Ni-Erz, auch wichtig für Co und Pd-Gewinnung. Zu 80% Verwendung als Legiermetall mit anderen Metallen (Stahlveredler). Ni-Cr Stähle, Galvanotechnik, Münzmetall. Chalkosin (Kupferglanz), Cu 2 S Struktur: Polymorphie: T<103 C orthorhombisch, T>103 C hexagonal Eigenschaften: Spaltbarkeit: undeutlich; muscheliger Bruch Härte: Dichte: g/cm 3 Farbe: bleigrau auf frischen Bruchflächen; schwarz anlaufend Strich: grauschwarz Glanz: Metallglanz Ausbildung: derbe Massen, selten Kristalle Vorkommen: Mit Covellin (CuS) zusammen in den Zementationszonen primär armer Kupferlagerstätten (hydrothermal), die oft nur aufgrund der sekundären Anreicherung dieser Mineralien wirtschaftlich sind. Bedeutung: wichtiges Cu-Mineral

24 Sulfide 6 Akanthit (Silberglanz), Ag 2 S Struktur: Polymorphie: T<179 C monoklin, T> 179 C isometrisch (= "Argentit") kubisch flächenzentriert Eigenschaften: Spaltbarkeit: fehlt; duktil, schneidbar, prägbar, pulverig zerfallend Härte: Dichte: 7.3 g/cm 3 Farbe: schwarz anlaufend Strich: dunklegrau Glanz: bleigrauer Metallglanz auf frischen Schnittflächen Ausbildung: Meist derb oder pulvrig, selten spießige Kristalle bei monoklinene Akanthit, kubische Kristalle bei isometrischem Akanthit. Vorkommen: Wichtiger Silberträger in Galenit (PbS); in primärer Verwachsungen und Entmischungen. Bedeutung: wichtiges Silbermineral, Aufbereitung mit Hilfe der Zinkentsilberung: in die Bleischmelze wird Zn gegeben Bildung von Zn-Ag-Legierungen, die auf der Bleischmelze schwimmen. Trennung von Zn und Ag durch Destillation. Bei niedrig gradigen Erzen Graden Cyanidlaugerei und Gewinnung des Ag durch Elektrolyse. Sulfide (und Arsenide) mit Metall/Schwefel Verhältnis = 1 1. Kationen in tetraedrischer Koordination Sphalerit, ZnS Struktur: Isometrisch, ableitbar von Diamant-Struktur

25 Sulfide 7 Chemismus: kann Fe und seltene Elemente (Mn, Cd, Ga, In, Tl, Hg, Ge) im Gitter einbauen (wichtiger Lieferant dieser Sondermetalle!) Eigenschaften: Härte: Dichte: g/cm 3 Farbe gelb, honigfarben, braun bis schwarz Strich: gelblich bis dunkelbraun Glanz starker Diamantglanz Spaltbarkeit: volkommen in 4 Richtungen Ausbildung: Vorkommen: mit Galenit in Pb-Zn Lagerstätten; sedimentär-exhalativ; hydrothermale Gänge; Verdrängung von Karbonatgesteinen (z.b. Bleiberg, Kärnten) Bedeutung: wichtigstes Zn-Mineral; andere Elemente als Nebenprodukt. Verzinken, Legierungen (Messing), Galvanik, Farben. Technische Problematik: toxisches Schwermetall; v.a. in Assoziation mit Cd Tl. Chalcopyrit, CuFeS 2 Struktur: Tetragonal, Ableitbar von ZnS: Zn [4] S [4] Cu [4] Fe [4] S 2 [4] Eigenschaften: Spaltbarkeit fehlt Härte: Dichte: g/cm 3 Farbe: messingfarbig, grünlich gelb bis dunkelgelb Strich: schwarz bis grünschwarz Glanz: Metallglanz

26 Sulfide 8 Ausbildung: derbe bis feinkörnige Massen, selten Kristalle: tetragonales Bisphenoid, Skalenoeder. Zwillungsverwachsungen. Vorkommen: verbreitetes Cu-Mineral; sedimentär-exhalativ (Kupferschiefer); liquid-magmatisch; bei Verwitterung entstehen die Kupferkarbonate Malachit (grün) und Azurit (blau); disseminiert in porphyrischen Kupferlagerstätten ("porphyry copper"): Chalkopyrit liegt in dioritisch-monzonitischen subvulkanischen Gesteine vor. Porhyry coppers bilden den Übergang vom plutonischen zum subvulkanischen Milieu. Mineralisation erfolgt mit Hilfe hydrothermaler Lösungen, die für die Exploration hilfreiche, sehr typische Alterationshöfe erzeugten. Meist 0.4 bis 1% Cu neben Mo, Au und Nb. Bis zu 1000 Millionen t. Erz in einer Lagerstätte (niederiggradig, sehr hohe Reserven), z.b. Chuquicamata, Chili. Bedeutung: das wirtschaftlich wichtigste Cu-Erzmineral

27 Sulfide 9 2. Kationen in oktaedrischer Koordination Galenit, PbS Struktur: Isometrisch, isotyp mit Steinsalz (NaCl-Struktur); Pb [6] S [6] Eigenschaften: Spaltbarkeit: vollkommen in 3 Richtungen (nach dem Würfel) Härte: Dichte: g/cm 3 Farbe bleigrau Strich: grauschwarz Glanz: starker Metallglanz Ausbildung: Würfel!, Oktaeder und Kombinationen Vorkommen: mit Sphalerit in Pb-Zn Lagerstätten; sedimentär-exhalativ; hydrothermale Gänge (in die Nähe eines Granites); Verdrängung von Karbonatgesteinen Bedeutung: wichtigstes Pb-Mineral; wichtigste Silberträger (oft feine Einschlüsse von Fahlerz und Akanthit), nur 0.1% in Gitter. Die Silberproduktion aus Pb-Erz kann nicht beliebig ausgeweitet werden, Pb müsste dann auf Halde produziert werden, was sich nachteilig auf den Bleipreis auswirken würde. Metallisches Blei für Akkus, Bleiplatten, Legierungsmetall; Strahlenschutz; früher als Antiklopfmittel in Benzin; toxisches Schwermetall

28 Sulfide 10 Cinnabarit (Zinnober), HgS Struktur: Trigonal; deformierte NaCl-Struktur; pseudooktaedrische Koordination Eigenschaften: Spaltbarkeit: ziemlich vollkommen; muschelig spröder Bruch Härte: Dichte: 8.1 g/cm 3 Farbe: rot (!) Strich: rotbraun Glanz: Diamantglanz Ausbildung: meist derb körnig, dichte erdige Aggregate. Selten tiefrote rhomdoedrische bis tafelige Kristalle Vorkommen: hydrothermale Imprägnationen (Zusammenhang mit andesitisch-dacitischen Magmatiten), sedimentär-exhalativ (Teil der Antimon-Wolfram-Quecksilber Formation). Bedeutung: wichtiges Hg-Erzmineral, Amalgame (Zahntechnik, Goldgewinnung); Umweltproblematik von metallischen Hg. 3. Kationen in Koordination trigonaler Prismen Nickelin (Rotnickelkies), NiAs Struktur: hexagonal dichteste Kugelpackung, Ni [6] As [6]

29 Sulfide 11 Eigenschaften: Härte Dichte 7.8 g/cm 3 Farbe hell kupferrot, dunkler anlaufend Strich: bräunlichschwarz Glanz starker Metallglanz Ausbildung: gewöhnlich in derben, körnigen Massen, nur sehr selten Kristalle Vorkommen: In hydrothermalen Ganglagerstätten (z.b. Ontario, Thüringer Wald) Pyrrhotin (Magnetkies), FeS - Fe 1-x S Struktur: "NiAs-Struktur"; hexagonal; Leerstellen im Gitter (nicht ganz stöchiometrisch). Eigenschaften: Spaltbarkeit: deutlich nach Basisflächen; muschelig spröder Bruch Härte 4 Dichte g/cm 3 Farbe hell bronzefarben (!) mattbraun anlaufend Strich: grauschwarz Glanz Metallglanz meist magnetisch! Ausbildung: meistens derb und eingesprengt, körnig bis blättrig, selten Kristalle. Vorkommen: vorherrschender Bestandteil liquid-magmatischer Sulfidlagerstätten; weiteste Verbreitung akzessorisch in sauren und basischen magmatischen Gesteinen; Troilit (FeS) koexistiert mit elementären Fe nur in Eisenmeteoriten Bedeutung: Pentlandit-führender Pyrrhotin ist ein Ni-Erz (kein Eisenerzmineral!) 4. Kationen Koordinationen zu Schichtgittern Covellin (Kupferindig), CuS Struktur: hexagonal, Schichtgitter: Schichten von CuS 3 -Dreiecken zwischen einer Doppelschicht von CuS 4 -Tetraedern, kovalente S-S Bindung zwischen den Schichten.

30 Sulfide 12 Eigenschaften: Spaltbarkeit: vollkommen nach (0001) Bruch: muschelig spröde Härte: (weich!) Dichte: g/cm 3 Farbe blauschwarz bis indigoblau (!), dunkler anlaufend Strich: bläulich schwarz Glanz: halbmetallischer Glanz Ausbildung: meist derb, feinkörnig oder spätig; selten tafelige Kristalle Vorkommen: typisches Mineral der Zementationszone über sulfidischen Kupferlagerstätten (Grenze Zementations/ Oxidationszone): sekundäres Erzmineral Sulfide (und Arsenide) mit Metall/Schwefel Verhältnis < 1 Stibnit (Antimonit), Sb 2 S 3 Struktur: Orthorhombisch, Sb 2 S 3 -Moleküle in Doppelketten angeordnet, die sich parallel der c-achse erstrecken. Zwischen den Ketten nur schwache Bindungen (dadurch gute Spaltbarkeit!) Eigenschaften: Spaltbarkeit: vollkommen nach {010} Härte: Dichte: g/cm 3 Farbe bleigrau, metallschwärzlich bis bläulich anlaufend Strich: dunkelbleigrau Glanz: starker Metallglanz

31 Sulfide 13 Ausbildung: spieß- und nadelförmig, bisweilen büschelig oder wirr-strahlig aggregiert. Vorkommen: Schichtgebunden als Teil der Antimon-Wolfram-Quecksilber- Formation, z.b. Schlaining im Burgenland; Rabant, Kärnten (Schwarzschiefer). Verwittert zu gelben Oxiden: Sb 2 O 4 (Cervantit) und Sb 2 O 3 (Valentinit). Bedeutung: wichtigste Sb-Erzmineral. Legiermetall (für Pb, Cu, Sn). Halbleiterindustrie. Pyrit, FeS 2 Struktur: Isometrisch, ableitbar von NaCl-Struktur: Na [6] Cl [6] Fe [6] S 2 [6] (S 2 -Hanteln) Eigenschaften: Spaltbarkeit undeutlich Härte: (hart!) Dichte: 5 g/cm 3 Farbe gold Strich: grünschwarz Glanz: licht messingfarbener Metallglanz Chemismus: kann bis 14% Co und 17% Ni im Gitter einbauen, daneben geringe Gehalte an As (für S). Gehalte an Au, Ag, Zn, Cu gehen immer auf mechanische Beimengungen zurück.

32 Sulfide 14 Ausbildung: Kristalle: Würfel, Pentagondodekaeder, Oktaeder. Vorkommen: häufigstes Sulfid in vielen Gesteinen und Lagerstätten. Bei Verwitterung entstehen Eisenhydroxide ("Limonit") Bedeutung: Gewinnung von Schwefelsäure: unter Sauerstoffeinfluß verbrennt Pyrit bei 600 C zu Hämatit (Fe 2 O 3 ) und SO 2, das mit H 2 O zu Schwefelsäure reagiert (H 2 SO 4 ). Anwendung von Schwefelsäure: Düngemittel (über Salpetersäure), Katalysator, Trockenmittel, Autobatterien, Ätzen, Trinkwasseraufbereitung, Aufschließen andere Erze, etc. Goldträger in Au- Lagerstätten. Markasit, FeS 2 Struktur: Orthorhombisch, polymorph mit Pyrit, kubisch innenzentrierte Anordnung von Fe

33 Sulfide 15 Eigenschaften: Spaltbarkeit: unvollkommen Härte: (hart!) Dichte: g/cm 3 Farbe im Vergleich zu Pyrit mehr grünlichgelb, grünlich anlaufend gold Strich: grünschwarz Glanz Metallglanz Ausbildung: Einzelkristalle meist tafelig; häufig verzwillingt hahnenkammförmige Gruppen; strahlige Aggregate. Vorkommen: nicht so häufig wie Pyrit; eher bei niedrigen Temperaturen stabil, hydrothermal, besonders sedimentär (Konkretionen in Sedimenten mit hohem organischen Anteil). Arsenopyrit (Arsenkies), FeSAs Struktur: Monoklin, ableitbar von Markasit: anstatt S 2 hier AsS und dadurch Verdoppelung der Abstände a und b im Gitter (Erniedrigung der Symmetrie). Eigenschaften: Härte: Dichte: g/cm 3 Farbe zinnweiß, dunkel oder bunt anlaufend Strich: schwarz Glanz Metallglanz

34 Sulfide 16 Ausbildung: primatische Kristalle, häufig säulige Aggregate, massig und körnig. Oft 6-seitige Drillinge Vorkommen: Weitverbreitet in hochtemperierten Gold-Quarz Gängen (hydrothermal). Goldträger (wie Pyrit). Bedeutung: Gewinnung von Arsen; historisch: Produktion von Arsenik

35 Sulfide 17 Molybdänit (Molybdänglanz), MoS 2 Struktur: hexagonal, Schichtgitter. Zwischen 2 S-Schichten 1 Metallschicht, Mo [6] S 2 [3]. Innerhalb der Schichten kovalente Bindungen, zwischen den Schichten ganz schwache Van-der-Waals Bindungen (ähnlich Graphit!). Eigenschaften: Spaltbarkeit: sehr vollkommen nach (0001) Bruch: biegsam, unelastisch Härte: 1-1.5, sehr weich! Dichte: g/cm 3 Farbe: stahlgrau Strich: blaugrau Glanz: Metallglanz Ausbildung: häufig massig und verfältelt, manchmal sechseitige Blättchen Vorkommen: hoch temperierte hydrothermale Lagerstätten und Pegmatite. In Sn-W Mineralisationen (Erzgebirge). Am wichtigsten sind heute die Porphyry Molybdän Lagerstätten (Climax, Colorado). Bedeutung: wichtigstes Mo-Erzmineral, Stahlveredler, Schmiermittel

36 Sulfide 18 Komplexe Sulfide (Sulfosalze) Strukturell sehr komplex zusammengesetzte Sulfide, auf deren Systematik hier nicht näher eingegangen werden soll. Sie unterscheiden sich von den bisher besprochenen Sulfiden und Arseniden dadurch, daß As und Sb innerhalb ihrer jeweiligen Kristallstruktur mehr oder weniger die Rolle eines Metall einnehmen. Fahlerze Chemismus: Tetraedrit (Cu 12 Sb 4 S 13 ) - Tennantit (Cu 12 As 4 S 13 ), As und Sb sind vollständig austauschbar und können auch durch Bi ersetzt werden; bis 18% Ag-Gehalt (Freibergit); bis 17% Hg- Gehalt (Schwazit); Cu kann durch Fe, Zn, Ag oder Hg ersetzt werden; Struktur: Isometrisch, abgeleitet von Sphalerit-Struktur Ausbildung: kubische Kristalle, meist Tetraeder; Durchkreuzungszwillinge; derb und körnig. Vorkommen: hydrothermale Gänge. Häufiges Begleitmineral in Pb-Zn Lagerstätten, dort wichtiger Silberträger im Galenit.