Kryolith

Kryolith
Kryolith mit Siderit, Galenit und Chalkopyrit aus Jvigtut, Grönland
Chemische Formel	Na3[AlF6]
Mineralklasse	Halogenide 3.CB.15 (8. Auflage: III/B.03) nach Strunz 11.06.01.01 nach Dana
Kristallsystem	monoklin
Kristallklasse; Symbol nach Hermann-Mauguin	monoklin-prismatisch $ \ 2/m $
Farbe	weiß, braun, grau, braun-schwarz, rötlich
Strichfarbe	weiß
Mohshärte	2,5
Dichte (g/cm3)	2,96 bis 2,98 [1]
Glanz	feuchter Glasglanz, Fettglanz, Perlmuttglanz
Transparenz	durchsichtig bis durchscheinend
Bruch	uneben
Spaltbarkeit	keine
Habitus	pseudokubische Kristalle, massige Aggregate
Zwillingsbildung	nach {110}
Kristalloptik
Brechungsindex	α=1,339 bis 1,339 ; β=1,339 bis 1,339 ; γ=1,340 bis 1,340 [1]
Doppelbrechung (optischer Charakter)	δ = 0,001 [1] ; zweiachsig positiv
Optischer Achsenwinkel	2V = 43°
Pleochroismus	keiner
Weitere Eigenschaften
Schmelzpunkt	1012 °C
Ähnliche Minerale	Anhydrit, Fluorit, Halit

Kryolith (Aluminiumtrinatriumhexafluorid, Natriumhexafluoridoaluminat(III)) ist ein eher selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der Halogenide. Es kristallisiert im monoklinen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung Na₃[AlF₆] ^[2] und entwickelt entweder pseudokubische Kristalle oder massige Aggregate in weißer, brauner, grauer, braun-schwarzer oder rötlicher Farbe.

Besondere Eigenschaften

Bei einer Temperatur von etwa 560 °C wechselt Kryolith in das kubische Kristallsystem über. Aufgrund dieser Eigenschaft ist das Mineral ein wichtiges geologisches Thermometer zur Klärung der Bildungsbedingungen von Gesteinen. Beim Glühen in einer offenen Glasröhre entwickelt sich Fluorwasserstoff (HF).^[3]

Kryolith ist in konzentrierter Schwefelsäure vollständig lösbar, in Salzsäure dagegen nur teilweise.^[3]

Etymologie und Geschichte

Kryolithmine in Ivittuut (Grönland) im Sommer 1940

Erstmals gefunden und beschrieben wurde Kryolith 1799 in Ivigtut in Grönland von Peder Christian Abildgaard (1740-1801). Er benannte das Mineral aufgrund seines charakteristischen Aussehens nach den griechischen Worten κρύος [krúos] „Frost, Eis“ (im deutschen Wort „(Eis)kruste“ über das lateinische „crusta“ und althochdeutsche „hroso“ für „Kruste, Eis“ noch zu finden; verwandt mit Tocharisch A „krost“ für „kalt“) und λίθος [lítʰos] „Stein“ (Etymologie unklar), zusammengesetzt also „Eis-Stein“.

Klassifikation

Nach der alten Systematik der Minerale nach Strunz (8. Auflage) gehört der Kryolith zu den wasserfreien Doppelhalogeniden. Diese Mineralklasse ist jedoch seit der 9. Auflage der Strunzschen Mineralsystematik neu strukturiert und die Klassifizierung der komplexen Halogenide orientiert sich jetzt mehr an der Kristallstruktur. Kryolith findet sich demnach in der Unterabteilung „Insel-Aluminofluoride (Neso-Aluminofluoride)“.

Bildung und Fundorte

Kryolith bildet sich als Gangmineral vor allem in zinnführenden Granit-Pegmatiten und in fluoritreichen, topashaltigen Rhyolithen.

Der wichtigste abbauwürdige Fundort Ivigtut (Kitaa) in Grönland ist inzwischen erschöpft. Abgebaut wurde Kryolith dort zwischen 1865 und 1987. Daneben wurde das Mineral noch an folgenden Orten entdeckt:

• In nördlichen und südlichen Regionen von Brasilien;
• Sachsen in Deutschland;
• Québec in Kanada;
• bei Semei in Kasachstan;
• Khomas und Kunene in Namibia;
• Bauchiplateau in Nigeria;
• Oppland in Norwegen;
• die Regionen Ostsibirien, Nordwestrussland und Ural in Russland;
• Aragonien in Spanien;
• Böhmen in Tschechien;
• Oblast Schytomyr in der Ukraine; sowie
• mehrere Regionen in den USA.^[4]

Synthetische Herstellung

Die Synthese erfolgt aus Hexafluoridokieselsäure und Natriumaluminat.

$ \mathrm {H_{2}SiF_{6}+6\ NH_{3}+2\ H_{2}O\longrightarrow 6\ NH_{4}F+SiO_{2}} $

$ \mathrm {6\ NH_{4}F+3\ NaOH+Al(OH)_{3}\longrightarrow Na_{3}[AlF_{6}]+6\ NH_{3}+6\ H_{2}O} $

Kristallstruktur

Elementarzelle von Kryolith

Kryolith kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P2₁/a mit den Gitterparametern a = 5,4024 Å; b = 5,5959 Å, c = 7,7564 Å und β = 90,278 ° sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle.^[5] Hierbei kommt es zu einer Gitterverzerrung.^[6]

Verwendung

Eine großtechnische Anwendung von Kryolith ist die Schmelzflusselektrolyse zur Gewinnung von Aluminium (Hall-Héroult-Prozess). Dort wird die Eigenschaft des relativ niedrigen Schmelzpunktes von Kryolith (1012 °C) genutzt. Aluminiumoxid (Korund), der Ausgangsstoff der Elektrolyse, hat eine Schmelztemperatur von 2050 °C. Für die Schmelzflusselektrolyse wird die eutektische Mischung verwendet. Sie besteht aus 10,5 % Al₂O₃ und Na₃[AlF₆]. Der Schmelzpunkt des Eutektikums liegt dann bei 960 °C. Erst diese relativ niedrige Arbeitstemperatur ermöglicht die großtechnische Anwendung der Schmelzflusselektrolyse.

Kryolith wird weiter in der Gießereiindustrie eingesetzt. Dem Formstoff beim Gießen kann Kryolith beigemischt werden. Dieses Beimischen kann jedoch die Oberflächenqualität des Werkstücks negativ beeinflussen.

Synthetisch hergestelltes Kryolith findet in der Hülle von Schweißelektroden als Flussmittel Verwendung.

Kryolith wird außerdem als schleifaktive Substanz in kunstharzgebundenen Schleifmitteln sowie in Schleifmitteln auf Unterlagen genutzt. Aufgrund der hohen Temperaturen, die beim Schleifen an der Spitze des Schleifkorns auftreten, schmilzt das Kryolith. Dabei korrodiert das geschmolzene Kryolith den abgeschliffenen Stahlspan und verhindert damit ein Zusetzen des Schleifkörpers.

Problematisch ist das Auftreten von Kryolith bei der Zinkphosphatierung von zum Beispiel Aluminium-Automobilkarossen oder feuerverzinkten Oberflächen. Aluminium wird hierbei im Phosphatierbad als Kryolith ausgefällt und muss wieder herausgefiltert werden.

Kryolith wird auch zur Herstellung optisch hochreflektiver Oberflächen verwendet. Es wird dabei in dünnen Schichten abwechselnd mit einem anderen Stoff, zum Beispiel Zinkselenid, im Vakuum aufgedampft (Vielschichtspiegel in der Lasertechnik).

Im Kryolithglas, das zur Herstellung von Augenprothesen verwendet wird, sorgt es für eine milchig-weiße Trübung des Glases.

Vorsichtsmaßnahmen

GHS-Gefahrstoffkenzeichnung[7]
GHS-Signalwort	Achtung
H-Sätze	372-332-411
EU-Gefahrstoffkenzeichnung[8]
Giftig Umwelt- gefährlich (T) (N)
R-Sätze	20/22-48/23/25-51/53
S-Sätze	(1/2)-22-37-45-61

Das Mineral bzw. die chemische Verbindung wird als giftig und umweltgefährlich eingestuft. Gesundheitsschädlich ist vor allem das Einatmen und Verschlucken von Kryolithteilchen, die akut zu Beschwerden im Atemstrakt mit funktioneller Dyspnoe (erschwerte Atemtätigkeit) und schließlich Lungenemphysem (Überblähung der Lungenbläschen) führen können. Des Weiteren sind Appetitlosigkeit, Übelkeit, Erbrechen und Verstopfung die Folge.^[7]

Längerfristig hat Kryolith eine toxische Wirkung auf Knochen, Zähne und Nieren.

Einzelnachweise

Literatur

• Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien Enzyklopädie. Nebel Verlag GmbH, Eggolsheim 2002, ISBN 3-89555-076-0, S. 67.
• Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. 16. Auflage. Ferdinand Enke Verlag, 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 490,491.
• Riedel, E. (2002). Anorganische Chemie. de Gruyter, Berlin.
• Holleman-Wiberg (1995). Lehrbuch der Anorganischen Chemie. de Gruyter, Berlin.
• American Mineralogist; January 2006; v. 91; no. 1; p. 97-103; DOI: 10.2138/am.2006.1772

Weblinks

Commons: Cryolite – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Vorlage:Commonscat/WikiData/Difference

• Mineralienatlas:Kryolith (Wiki)
• Mineraldatenblatt - Cryolite (engl., PDF 96,6 KB)
• Datenblatt Kryolith bei Merck, abgerufen am 23. Februar 2010..
• Phase transitions and volumetric properties of cryolite, Na3AlF6: Differential thermal analysis to 100 MPa