Uraninit

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Uraninit
Uraninite-39029.jpg
Uraninit (Größe: 4 x 2,4 x 2,1 cm) aus der Chestnut Flats Mine bei Spruce Pine, Mitchell County, North Carolina, USA
Andere Namen
  • Pechblende
  • Uranpecherz
  • Uranit
  • Uranin
Chemische Formel

UO2

Mineralklasse Oxide und Hydroxide - Oxide mit Metall:Sauerstoff = 1:2
4.DL.05 (8. Auflage: IV/D.31) nach Strunz
05.01.01.01 nach Dana
Kristallsystem kubisch
Kristallklasse; Symbol nach Hermann-Mauguin kubisch-hexakisoktaedrisch; 4/m 3 2/m
Farbe grau, schwarz, bräunlich
Strichfarbe braunschwarz bis grünlich
Mohshärte 5 bis 6
Dichte (g/cm3) gemessen: 10,63 bis 10,95 ; berechnet: 10,88[1]
Glanz Fettglanz bis Metallglanz, matt
Transparenz undurchsichtig (Splitter und dünnste Schichten durchscheinend)
Spaltbarkeit gut
Bruch muschelig bis uneben, spröde
Habitus Würfel, Oktaeder oder Kombinationen (vorrangig Hochthermale); nierige, körnige oder massige Aggregate (Tiefthermale Bildung)
Weitere Eigenschaften
Ähnliche Minerale Thorianit, Coffinit
Radioaktivität sehr stark radioaktiv[2]
Besondere Kennzeichen oft leuchtend gefärbte Oxidationsprodukte

Uraninit (unter anderem auch bekannt als Pechblende oder Bechblende) ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“. Es kristallisiert im kubischen Kristallsystem mit der Zusammensetzung UO2, ist also chemisch gesehen ein Uran(IV)-oxid. Durch die radioaktive Zerfallsreihe von Uran enthält Uraninit stets einen gewissen Anteil Bleioxid (PbO), der in Abhängigkeit vom geologischen Alter bis zu 20 % betragen kann.[3]

Uraninit entwickelt meist würfelförmige oder oktaedrische Kristalle bzw. deren Kombinationen, aber auch nierige, körnige oder massige Aggregate in grauer, schwarzer und bräunlicher Farbe bei braunschwarzer bis grünlicher Strichfarbe. Im Allgemeinen ist Uraninit undurchsichtig, nur feine Splitter und dünnste Schichten sind rotbraun durchscheinend. Frische Proben weisen einen pech- bis fettartigen, gelegentlich auch schwach metallischen Glanz auf, der allerdings nach einiger Zeit durch Verwitterung matt wird.[4]

Besondere Eigenschaften[Bearbeiten]

Durch seinen Urangehalt von bis zu 88,15 %[2] ist Uraninit eine der stärksten natürlichen Quellen radioaktiver Strahlung. Befindet sich das Uran im säkularen Gleichgewicht mit seinen Tochternukliden, weist reiner Uraninit eine spezifische Aktivität von etwa 157,8 kBq/g[2] auf (zum Vergleich: natürliches Kalium 0,0312 kBq/g; abgebrannter Kernbrennstoff 18.000.000 kBq/g).[5] Deshalb sollte Uraninit nur unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen gelagert und verarbeitet werden.

Uraninit ist in der Regel zumindest teilweise metamikt (isotropisiert), d. h. sein Kristallgitter wurde durch die eigene Radioaktivität teilweise bis größtenteils zerstört, jedoch sind im Gegensatz zu anderen, uranärmeren Mineralen meist noch Reste des Kristallgitters nachweisbar. Dennoch gehen bestimmte physikalische Eigenschaften wie z. B. die Spaltbarkeit verloren und die äußerlich noch kristallin wirkenden Proben zeigen einen muscheligen Bruch.[4]

Interessant ist auch die hohe Variabilität der Dichte, die zunächst etwa 10,63 bis 10,95 g/cm³ beträgt, mit zunehmendem geologischen Alter allerdings langsam auf etwa 9 bis 7,5 g/cm³ sinkt.[6] Derbe und kollomorphe Varietäten können insbesondere bei Verwitterung vergleichsweise leicht werden und sogar sehr deutlich unter 7 fallen. Uraninit wird gern von grell gefärbten (rot, gelb, selten grün) Verwitterungsprodukten begleitet.

Das Mineral kann selten mit Columbit Epitaxien bilden. Uraninitkristalle wachsen in bestimmten Richtungen ausgerichtet auf Columbitkristallen. Es bildet das erste Endglied der vollkommenen Mischungsreihe (Mischkristall) Uraninit-Thorianit. Thoriumhaltige Uraninite werden u. a. Bröggerit genannt. Jüngere Uraninite glänzen glas- bis pechartig, während die älteren Exemplare mehr und mehr metallisch glänzen. Verwitterungseinflüsse und Metamorphose lassen den Metallglanz wieder verschwinden.

Etymologie und Geschichte[Bearbeiten]

Pechblende

Eine der ältesten Erwähnungen des Minerals erfolgte 1565 durch Johannes Kentmann, der es als Plumbago sterilis pici similis Bechblende (pechartige sterile Blende) bezeichnete. Diese hatte er von den sächsischen Bergleuten übernommen, die das Mineral aus den Silber-Kobaltgängen des Erzgebirges förderten.[7] Diese hatten keine Verwendung für die pechschwarzen Steine und verwarfen die vermeintlich metallfreie Blende.

Als später auf den alten Halden verschiedenfarbige Oxidationsprodukte auf der weggeworfenen Pechblende zu finden waren, wurden sie zur Gewinnung dieser neuen schönen Farben abgebaut. Als die bereits oxidierten Materialien verbraucht waren, wurden die Farben auch in einem gewissen Maßstab aus Pechblende hergestellt. Daher sind heute einige alte Kunstwerke radioaktiv belastet. Seit man erkannte, dass die Pechblende aus einer Verbindung verschiedener Uranoxide besteht, die als kollomorphes Aggregat abgeschiedenen werden, wird die Bezeichnung nur noch für dieses Gemenge verwendet.

Martin Heinrich Klaproth (1743–1817) konnte 1789 aus der Pechblende das Element Uran isolieren, das er zunächst als Uranit bezeichnete, 1790 allerdings den Regeln der Analogie gemäß in Uranium umbenannte. Die Bezeichnung Uranit wurde nachfolgend als Synonym für verschiedene Uranminerale verwendet. Von Klaproth stammt auch die irrtümliche Bezeichnung geschwefelter Uranit. Später übernahm er die von Karsten 1792 geprägte Bezeichnung Uranerz. Weitere Synonyme sind Pecherz (von Werner), Uranpecherz (von Leonhard), Pechuran (von Hausmann) und Nasturan (von Kobell 1853 aus dem griechischen ναστός für dicht bzw. derb). Haidinger führte schließlich den Begriff Uranin als Benennung für das Mineral ein, die von Dana in die bis heute gültige Benennung Uraninit überführt wurde.[8]

Obwohl das Mineral wie beschrieben schon früher bekannt war, gilt als Typlokalität für Uraninit die Ganglagerstätte St. Joachimsthal (heute Jáchymov), von wo es F. E. Brückmann 1727 beschrieben hat.[9] Die Pechblende, welche Klaproth zur Entdeckung des Urans nutzte, stammt aus der Grube Georg Wagsford in Johanngeorgenstadt im sächsischen Erzgebirge. Hingegen nutzte der französischen Physiker Antoine Henri Becquerel nicht, wie oftmals behauptet, Pechblende zur Entdeckung der Radioaktivität im Jahr 1896, sondern künstlich hergestellte Uranverbindungen. Die polnisch-französische Chemikerin und Nobelpreisträgerin Marie Curie nutzte für ihre Forschungen, die zur Entdeckung der Uran-Zerfallsprodukte Polonium und Radium führten, anfangs Pechblende. Aus Kostengründen nutzte sie aber hauptsächlich den Aufbereitungsabfall (Tailings) der Uranfarbenproduktion aus Jáchymov, in denen diese seltenen Elemente im Vergleich zum Ursprungserz schon angereichert waren. Eine Tonne enthält etwa 0,1 g Radium.

Klassifikation[Bearbeiten]

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Uraninit zur Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort zur Abteilung der „Oxide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : Sauerstoff = 1 : 2“, wo er zusammen mit Baddeleyit, Calzirtit, Cerianit-(Ce), Hiärneit, Tazheranit und Thorianit eine eigenständige Gruppe bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunzschen Mineralsystematik ordnet den Uraninit ebenfalls in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort in die Abteilung der „Metall : Sauerstoff = 1 : 2 und vergleichbare“ ein. Diese Abteilung ist allerdings weiter unterteilt nach der Größe der beteiligten Kationen und der Kristallstruktur, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung und seines Aufbaus in der Unterabteilung „Mit großen (± mittelgroßen) Kationen; Fluorittypische Strukturen“ zu finden ist, wo es zusammen mit Cerianit-(Ce), Thorianit und Zirkelit die unbenannte Gruppe 4.DL.05 bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Uraninit in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ ein, dort allerdings in die Abteilung der „Uran- und thoriumhaltige Oxide“. Hier ist er nur noch zusammen mit Thorianit in der unbenannten Gruppe 05.01.01 innerhalb der Unterabteilung der „Uran- und thoriumhaltigen Oxide mit einer Kationenladung von 4+ (AO2)“ zu finden.

Modifikationen und Varietäten[Bearbeiten]

Pechblende besteht im Wesentlichen aus U3O8, seltener auch U3O7 zuzüglich anderer Metalloxide mit Blei, Eisen, Thorium und Metallen der seltenen Erden und erhielt die Bezeichnung aufgrund der oft schwarzen Farbe und des fettigen Glanzes, die dem der teerartigen Substanz Pech sehr ähnlich sieht.

Nierig-kugelige Varietäten werden als Blasenerz bezeichnet. Fettig glänzende derbe Varianten nennt man Pecherz. Wenn einzelne Kugeln durch die Matrix „hervorgucken“ nennt man sie aufgrund ihrer schwarzen Farbe gerne Mausaugen. Thoriumhaltige pegmatisch gebildete Stücke werden Bröggerit genannt. Das so genannte Reicherz bezeichnet lediglich Stücke, die verhältnismäßig viel eines gesuchten Minerals bezeichnen. Der Name ist nicht nur auf Uraninit beschränkt.

Bildung und Fundorte[Bearbeiten]

In folgenden Lagerstätten tritt Uraninit/Pechblende auf:

  • hydrothermale Gänge (sächsisch-böhmisches Erzgebirge; Pribram, tschechische Republik; Krunkelbachtal bei Menzenschwand, Schwarzwald; Zentralmassiv Frankreich)
  • diskordanzgebundene Lagerstätten (Athabasca-Becken, Kanada; Northern Territory, Australien)
  • sedimentgebundene Lagerstätten in Sandsteinen, Karbonaten, Kohle (Königstein, Sachsen; Culmitzsch, Thüringen; Freital, Sachsen; Curnamona-Provinz, Süd-Australien; Colorado-Plateau, USA; Niger)
  • schwarzschiefergebundene Lagerstätten (Ronneburg, Thüringen)
  • Iron-Oxide-Copper-Gold Lagerstätten (Olympic Dam, Süd-Australien)
  • an Vulkanite gebunden (Streltsovka Caldera bei Krasnokamensk, Russland; Delitzsch, Sachsen)
  • Pegmatite (Norwegen)

Kristallstruktur[Bearbeiten]

Kristallstruktur von Uraninit

Uraninit kristallisiert im kubischen Kristallsystem in der Raumgruppe Fm3m mit dem Gitterparameter a = 5,47 Å und vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.[10] Seine Kristallstruktur ist isotyp mit Fluorit (CaF2). Die U4+-Kationen bilden dabei eine kubisch dichteste Kugelpackung, deren Tetraederlücken vollständig von Oxid-Anionen besetzt sind, das heißt jedes Sauerstoffatom wird von vier Uranatomen tetraedrisch umgeben. Die Uran(IV)-Kationen ihrerseits haben dadurch eine Koordinationszahl von CN = 8, als Koordinationspolyeder ergibt sich dabei ein Würfel.

Verwendung[Bearbeiten]

Uraninit ist das wirtschaftlich bedeutendste Uranmineral. Im 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts wurde Uraninit zur Herstellung von Farben sowie zur Gewinnung von Radium (z.B. Jáchymov (Joachimsthal), Tschechische Republik) gewonnen. In der Zeit des Kalten Krieges bestand ein weit über die Energieerzeugung hinausgehender Bedarf an Uran zur Fertigung von Kernwaffen und zur Herstellung von Plutonium in Kernreaktoren. Im Erzgebirge wurden die dort reichen Uranvorkommen durch die Sowjetisch-Deutsche Aktiengesellschaft (SDAG) Wismut in der DDR in großem Maßstab abgebaut und in vorverarbeiteter Form (Seelingstädt, Crossen) in die Sowjetunion gebracht. Ab den 1970er Jahren dominierte die Produktion von Uran zur Energiegewinnung.

Mit der politischen Wende ab 1989 kam es zu einem starken Einbruch der Uranproduktion. Zu dieser Zeit spielte die Uranproduktion für Kernwaffen der beiden Supermächte schon keine wesentliche Rolle mehr, aber beide Seiten hatten große strategische Reserven angehäuft, welche freigegeben wurden und den Weltmarktpreis stark drückten. Außerdem traten nun neue Produzenten mit Niedrigpreisen in Zentralasien auf dem freien Markt auf.

Vorsichtsmaßnahmen[Bearbeiten]

Aufgrund der Toxizität und der starken Radioaktivität des Minerals sollten Mineralproben nur in staub- und strahlungsdichten Behältern, vor allem aber niemals in Wohn-, Schlaf- und Arbeitsräumen aufbewahrt werden. Ebenso sollte eine Aufnahme in den Körper (Inkorporation bzw. Ingestion) auf jeden Fall verhindert und zur Sicherheit direkter Körperkontakt vermieden sowie beim Umgang mit dem Mineral Mundschutz und Handschuhe getragen werden.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Uraninit – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, and Monte C. Nichols: Uraninite, in: Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America 2001 (PDF 109,8 kB)
  2. a b c Webmineral - Uraninite (englisch)
  3. Kotzer, Kyser, American Mineralogist, 1993 Bd. 78, S. 1262
  4. a b  Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. 16. Auflage. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 545.
  5. IAEA: Facilitating Radioactive Waste Management Co-operation with the Russian Federation (englisch)
  6.  Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 7. Auflage. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 2005, ISBN 3-540-23812-3, S. 57.
  7. Filippo Bianconi: Zweihundert Jahre Uran: Ein historischer Ueberblick (PDF; 2,0 MB), in: Verein der Freunde des Bergbaues in Graubünden - Mitteilungen 52, 2/1990 (Mai 1990), S. 17
  8.  Hans Lüschen: Die Namen der Steine. Das Mineralreich im Spiegel der Sprache. Ott Verlag, Thun und München 1968, S. 289.
  9. F. Veselovsky, P. Ondrus, A. Gabsová, J. Hlousek, P. Vlasimsky, I.V. Chernyshew: Who was who in Jáchymov mineralogy. T. 2. In: Journal of the Czech Geological Society. Prag 48.2003, 3-4, 193-205. ISSN 0008-7378
  10. S. Greaux, L. Gautron, D. Andrault, N. Bolfan-Casanova, N. Guignot, J. Haines: Structural characterization of natural UO2 at pressures up to 82 GPa and temperatures up to 2200 K. In: American Mineralogist. Nr. 93, Washington DC 2008, S. 1090–1098 (Abstract; PDF; 405 kB)