Kryolith

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Kryolith
Kryolith mit Siderit, Galenit und Chalkopyrit - Jvigtut, Grönland.jpg
Kryolith mit Siderit, Galenit und Chalkopyrit aus Jvigtut, Grönland
Allgemeines und Klassifikation
Chemische Formel Na3[AlF6]
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung)
Halogenide
System-Nr. nach Strunz
und nach Dana
3.CB.15 (8. Auflage: III/B.03)
11.06.01.01
Ähnliche Minerale Anhydrit, Fluorit, Halit
Kristallographische Daten
Kristallsystem monoklin
Kristallklasse; Symbol monoklin-prismatisch 2/m
Raumgruppe P21/a[1]
Gitterparameter a = 5,402 Åb = 5,5959 Å; c = 7,7564 Å
β = 90,278°[1]
Formeleinheiten Z = 2[1]
Zwillingsbildung nach {110}
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 2,5
Dichte (g/cm3) 2,96 bis 2,98[2]
Spaltbarkeit keine
Bruch; Tenazität uneben
Farbe weiß, braun, grau, braun-schwarz, rötlich
Strichfarbe weiß
Transparenz durchsichtig bis durchscheinend
Glanz feuchter Glasglanz, Fettglanz, Perlmuttglanz
Kristalloptik
Brechungsindizes nα = 1,339
nβ = 1,339
nγ = 1,340[2]
Doppelbrechung δ = 0,001[2]
Optischer Charakter zweiachsig positiv
Achsenwinkel 2V = 43°
Pleochroismus keiner

Kryolith (Aluminiumtrinatriumhexafluorid, Natriumhexafluoroaluminat(III)) ist ein eher selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der Halogenide. Es kristallisiert im monoklinen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung Na3[AlF6][3] und entwickelt entweder pseudokubische Kristalle oder massige Aggregate in weißer, brauner, grauer, braun-schwarzer oder rötlicher Farbe.

Etymologie und Geschichte[Bearbeiten]

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 [krýos] „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[Bearbeiten]

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)“.

Kristallstruktur[Bearbeiten]

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.[1] Hierbei kommt es zu einer Gitterverzerrung.[4]

Eigenschaften[Bearbeiten]

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).[5]

Kryolith ist in konzentrierter Schwefelsäure vollständig lösbar, in Salzsäure dagegen nur teilweise.[5]

Bildung und Fundorte[Bearbeiten]

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:

Synthetische Herstellung[Bearbeiten]

Die Synthese erfolgt aus Hexafluoridokieselsäure, Natrium- und Aluminiumhydroxid.

\mathrm{H_2SiF_6 + 6 \ NH_3 + 2 \ H_2O \longrightarrow 6 \ NH_4F + SiO_2}
\mathrm{6 \ NH_4F + 3 \ NaOH + Al(OH)_3 \longrightarrow Na_3[AlF_6] + 6 \ NH_3 + 6 \ H_2O}

Verwendung[Bearbeiten]

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 18,5 % Al2O3 und 81,5 % Na3[AlF6].[7] 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[Bearbeiten]

Sicherheitshinweise
Name

Natriumhexafluoroaluminat, Kryolith

CAS-Nummer

15096-52-3

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [8]
08 – Gesundheitsgefährdend 07 – Achtung 09 – Umweltgefährlich

Gefahr

H- und P-Sätze H: 302​‐​332​‐​372​‐​411
P: 260​‐​261​‐​304+340​‐​301+312​‐​312​‐​501Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze [8]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [9][8]
Giftig Umweltgefährlich
Giftig Umwelt-
gefährlich
(T) (N)
R- und S-Sätze R: 20/22​‐​48/23/25​‐​51/53
S: (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.[8]

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

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Cryolite – Sammlung von Bildern, Videos und AudiodateienVorlage:Commonscat/Wartung/P 2 fehlt, P 1 ungleich Lemma

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c American Mineralogist Crystal Structure Database - Cryolite (AlF6Na3)
  2. a b c Mindat - Cryolite (englisch)
  3.  Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. 5. Auflage. Christian Weise Verlag, München 2008, ISBN 3-921656-17-6.
  4. U. Müller: Anorganische Strukturchemie. 6. Auflage. Vieweg+Teubner, 2008, ISBN 978-3-8348-0626-0 S. 298
  5. a b  Friedrich Klockmann, Paul Ramdohr, Hugo Strunz (Hrsg.): Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978 (Erstausgabe: 1891), ISBN 3-432-82986-8, S. 491.
  6. Fundortliste für Kryolith beim Mineralienatlas und bei Mindat
  7. A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1140.
  8. a b c d Eintrag zu Natriumhexafluoroaluminat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 29.10.2012 (JavaScript erforderlich)
  9. Für Stoffe ist seit dem 1. Dezember 2012, für Gemische seit dem 1. Juni 2015 nur noch die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Die EU-Gefahrstoffkennzeichnung ist nur noch auf Altbeständen zu finden und von rein historischem Interesse.