Rutil

Rutil
Datei:Rutile-ww7a.jpg Rutil auf Quarz aus Kapudschuk, Aserbaidschan (Größe der Stufe: 5 cm × 3,2 cm × 3,5 cm)
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Symbol	Rt<ref name="Warr"></ref>
Chemische Formel	TiO2
Mineralklasse (und ggf. Abteilung)	Oxide und Hydroxide
System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) Strunz (9. Aufl.) Dana	IV/D.02 IV/D.02-010 4.DB.05 04.04.01.01
Kristallographische Daten
Kristallsystem	tetragonal
Kristallklasse; Symbol	Vorlage:Kristallklasse<ref name="Webmineral" />
Raumgruppe	Vorlage:Raumgruppe<ref name="StrunzNickel" />
Gitterparameter	a = 4,59 Å; c = 2,96 Å<ref name="StrunzNickel" />
Formeleinheiten	Z = 2<ref name="StrunzNickel" />
Häufige Kristallflächen	{110}, {010} und viele andere
Zwillingsbildung	polysynthetische, lamellare und zyklische Drillinge und Vierlinge
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	6 bis 6,5 (entspricht VHN 894 bis 974 (bei einer Prüfkraft von 100 g)<ref name="Handbookofmineralogy" />
Dichte (g/cm3)	gemessen: 4,23; berechnet: 4,25
Spaltbarkeit	vollkommen nach (110), gut nach (100)
Bruch; Tenazität	muschelig, uneben
Farbe	rötlichbraun bis kräftig rot, auch gelb, bläulich oder violett
Strichfarbe	gelb bis braun
Transparenz	durchsichtig bis undurchsichtig
Glanz	Diamantglanz
Magnetismus	paramagnetisch, spezifische magnetische Suszeptibilität (Massensuszeptibilität) 7,7·10−7 emu/Oe·mg<ref name="Talut" />
Kristalloptik
Brechungsindizes	nω 2,605 bis 2,613<ref name="Mindat" /> nε 2,899 bis 2,901<ref name="Mindat" />
Doppelbrechung	δ 0,294<ref name="Mindat" />
Optischer Charakter	einachsig positiv
Achsenwinkel	2V = stark
Pleochroismus	sichtbar:<ref name="Webmineral" /> ε = rot oder gelb ω = braun oder grün
Weitere Eigenschaften
Besondere Merkmale	sehr hohe Lichtbrechung, vergleichbar der von Diamant

Rutil ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ mit der chemischen Zusammensetzung TiO₂ und damit chemisch gesehen Titandioxid.

Rutil kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem und entwickelt meist kurz- bis langprismatische, vertikal gestreifte Kristalle und sehr häufig Kristallzwillinge in Form polysynthetischer, lamellarer und zyklischer Drillinge, Vierlinge und Sechslinge, aber auch körnige bis massige Mineral-Aggregate. Die meisten Rutilkristalle sind zwischen einigen Millimetern und wenigen Zentimetern groß. Es konnten aber auch Kristalle von bis zu 25 cm Länge gefunden werden.<ref name="Handbookofmineralogy" />

Die Farbe der meist durchsichtigen bis durchscheinenden Kristalle variiert zwischen rötlichbraun und kräftig rot, kann aber auch goldgelb, bläulich oder violett sein. Ebenso sind bunte Anlauffarben möglich. Die Oberflächen der Kristalle weisen einen diamantähnlichen Glanz auf.

Etymologie und Geschichte

Beschrieben wurde Rutil 1803 von Abraham Gottlob Werner, der das Mineral in Anlehnung an seine häufig vorkommende, durch Eisen-Verunreinigungen erzeugte, rötliche Farbe () benannte.

Bis 1795, als seine chemische Zusammensetzung bekannt wurde, wurde Rutil fälschlicherweise für ein Mineral der Turmalingruppe gehalten.

Klassifikation

Bereits in der seit 1982 veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Rutil zur Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort zur Abteilung der Oxide mit der allgemeinen Formel „MO₂- und verwandte Verbindungen“, wo er als Namensgeber die „Rutil-Reihe“ mit der System-Nr. IV/D.02 und den weiteren Mitgliedern Kassiterit, Plattnerit und Varlamoffit bildete.

Im zuletzt 2018 überarbeiteten und aktualisierten Lapis-Mineralienverzeichnis nach Stefan Weiß, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen noch nach dieser klassischen Systematik von Karl Hugo Strunz richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. IV/D.02-10. In der „Lapis-Systematik“ entspricht der Abteilung „Oxide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : Sauerstoff = 1 : 2 (MO₂- und Verwandte)“, wo Rutil zusammen mit Argutit, Kassiterit, Paratellurit, Plattnerit, Pyrolusit und Tripuhyit die „Rutil-Gruppe“ bildet.<ref name="Lapis" />

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) bis 2009 aktualisierte<ref name="IMA-Liste-2009" /> 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Rutil ebenfalls in die Abteilung der „Oxide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : Sauerstoff = 1 : 2 und vergleichbare“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach der Größe der beteiligten Kationen und der Kristallstruktur, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung und seinem Aufbau in der Unterabteilung „Mit mittelgroßen Kationen; Ketten kantenverknüpfter Oktaeder“ zu finden ist, wo es ebenfalls als Namensgeber die „Rutilgruppe“ mit der System-Nr. 4.DB.05 und den weiteren Mitgliedern Argutit, Kassiterit, Plattnerit, Pyrolusit, Tripuhyit, Tugarinovit und Varlamoffit bildet.

Auch die Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Rutil in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort in die Abteilung der „Oxide“ ein. Hier ist er zusammen mit Ilmenorutil, Strüverit, Pyrolusit, Kassiterit, Plattnerit, Argutit, Squawcreekit und Stishovit in der „Rutilgruppe (Tetragonal:Vorlage:Raumgruppe)“ mit der System-Nr. 04.04.01 innerhalb der Unterabteilung „Einfachen Oxide mit einer Kationenladung von 4⁺(AO₂)“ zu finden.

Kristallstruktur

Datei:Rutile structure.png

Kristallstruktur von Rutil bestehend aus Titan(IV)-Kationen (weiß) und Oxid-Anionen (rot)

Rutil kristallisiert tetragonal in der Vorlage:Raumgruppe mit den Gitterparametern a = 4,59 Å und c = 2,96 Å sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle.

Die Rutil-Struktur ist ein häufig auftretender Strukturtyp für AB₂-Verbindungen (Strukturbericht-Bezeichnung C4, Pearson-Symbol tP6) und beruht im Gegensatz zur Fluoritstruktur nicht auf einer dichtesten Kugelpackung. Die Oxid-Anionen sind zwar in der Art von verzerrten und gewellten „hexagonalen“ Schichten angeordnet, wobei die Hälfte der dazwischen befindlichen Oktaederlücken durch die Titan-Kationen besetzt sind, aufgrund der tetragonalen Symmetrie bilden diese gewellten Schichten jedoch keine dichteste Kugelpackung aus.

Die Kristallstruktur lässt sich daher besser als eine tetragonale Stabpackung aus Strängen kantenverknüpfter [TiO₆]-Oktaeder (gemäß der Niggli-Schreibweise: [TiO_4/2O_2/1]) beschreiben, die parallel der kristallographischen c-Achse verlaufen. Die Stränge sind weiterhin über gemeinsame Ecken zu einem dreidimensionalen [TiO_6/3]-Netzwerk verknüpft, woraus sich gekürzt die Summenformel TiO₂ ergibt. Die oktaedrisch von Sauerstoffatomen umgebenen Titan-Kationen weisen damit die Koordinationszahl 6 auf, während die Oxid-Anionen von drei Titanatomen in einer leicht verzerrten trigonal planaren Anordnung umgeben sind (Koordinationszahl 3).

Eine Reihe weiterer anorganischer Verbindungen kristallisiert ebenfalls in der Rutil-Struktur, darunter die Oxide NbO₂, TaO₂, MnO₂ und SnO₂ sowie die Fluoride CrF₂, MnF₂, FeF₂, CoF₂, NiF₂, CuF₂ und ZnF₂.

Eigenschaften

Morphologie

Datei:Sarto rutilnadeln-quarz.jpg

Rutilnadeln in Quarz

Rutil bildet häufig prismatische Kristalle mit dicksäuligem bis feinnadeligem Habitus, an denen oft die Flächenformen {110} und {010} vorherrschen und deren Kristallflächen parallel [001] gestreckt und gestreift sind. Neben vielen anderen Formen kommen auch ditetragonale Prismen vor.

In feinnadeliger bis faseriger Form eingeschlossen, ist Rutil für den unter anderem für den bei Saphiren und Rubinen vorkommenden Asterismus (Lichtstern) verantwortlich. In mikroskopischen Einschlüssen kann er neben Hämatit und anderen Mineraleinschlüssen die vor allem bei Quarzen beobachteten „Phantomkristalle“ betonen.

Zwillingsbildungen sind bei Rutil allgemein anzutreffen, die sich nach zwei Gesetzen bilden können: Besonders häufig kommen Zwillinge, Drillinge und polysynthetische Viellinge in lamellarer oder zyklischer Form nach (101) vor, wobei die Individuen unter einem Winkel von 65°35′ aneinanderstoßen. Charakteristisch sind dabei vor allem knie- bzw. visierförmige und V-förmige Zwillingsbildungen und sogar Sechslinge, die geschlossene Ringe bilden. Seltener sind Zwillinge nach (301) in Herzform, deren Vertikalachsen sich unter 54°44′ treffen. Beide Gesetze können auch gleichzeitig auftreten und dadurch ein gitter- oder netzförmige Aggregate bilden, die als Sagenit bezeichnet werden.

• V-förmiger Rutil
  V-förmiger Rutil
• Zyklischer Polyzwilling
  Zyklischer Polyzwilling
• Sagenit
  Sagenit
• „Rutil-Alphabet“
  „Rutil-Alphabet“

Farbe

Rutil kann in verschiedenen Farben auftreten, am häufigsten findet er sich aber in rötlichbrauner bis kräftig roter und schwarzer Farbe. Als Inklusionen (Einschlüsse) in anderen Mineralen – wie beispielsweise in Quarz – glänzt Rutil auch in kräftig goldgelber Farbe und wird in dieser Form als Venushaar bezeichnet und gern zu Schmucksteinen verarbeitet. Selten dagegen treten bläuliche oder violette Farbtöne auf.

Chemische und physikalische Eigenschaften

Rutil ist säureunlöslich und vor dem Lötrohr unschmelzbar. In Reinform ist er schwach paramagnetisch mit einer spezifischen magnetischen Suszeptibilität (Massensuszeptibilität) von 7,7·10⁻⁷ emu/Oe·mg, enthält er dagegen zusätzlich Eisen, wird er antiferromagnetisch<ref name="Talut" />.

Modifikationen und Varietäten

Datei:Rutile-160729.jpg

Rutilvarietät Sagenit aus Diamantina, Minas Gerais, Brasilien (Größe: 3,4 cm × 2,9 cm × 0,2 cm)

Rutil ist die bedeutendste und einzige bei hohen Temperaturen stabile Modifikation des Titandioxids. Die beiden anderen sind Anatas und Brookit.

Sagenit wird eine Rutilvarietät genannt, die flache, netz- bis gitterartige Verwachsungen von nadelartigen feinen Rutilzwillingen aufweist. Sie wird auch als epitaktische (orientierte) Verwachsung bezeichnet.

Nigrin ist die Bezeichnung für einen eisenhaltigen, schwarzen Rutil.

Bildung und Fundorte

Bildungsbedingungen

Datei:Rutile-Titanite-Albite-224130.jpg

Mineral-Aggregat aus Rutil (schwarz), Albit (weiß) und Titanit (grün)

Rutil bildet sich als Hochtemperatur- und Hochdruckmineral sowohl magmatisch wie auch metamorph und ist als akzessorischer Bestandteil in vielen Gesteinen zu finden, so unter anderem auch als Seifenmineral in Flusssedimenten. Entsprechend ist Rutil mit vielen anderen Mineralen vergesellschaftet anzutreffen, wie neben den bereits erwähnten weiteren TiO₂-Modifikationen Anatas und Brookit unter anderem noch Adular, Albit, Apatit, Calcit, Chloriten, Ilmenit, Pyrophyllit, Titanit und Quarz. Mit Hämatit bildet Rutil zudem epitaktische Verwachsungen.

Rutil kommt in Eklogiten vor und ist die dominierende Ti-Phase in Granat-Amphiboliten.

Fundorte

Datei:Quartz-Rutile-d05-142a.jpg

Rutilkristall auf Matrix vom Berg Kapudschuk, Aserbaidschan (Größe: 5 cm × 3,2 cm × 3,5 cm)

Als häufige Mineralbildung ist Rutil an vielen Orten weltweit anzutreffen, wobei bisher rund 5900 Fundorte dokumentiert sind (Stand 2019).<ref name="MindatAnzahl" />

Erwähnenswert aufgrund seiner außergewöhnlichen Mineralfunde sind unter anderem die „Graves Mountain Mine“ im US-amerikanischen Lincoln County (Georgia), in der bis zu 15 cm große Kristalle zutage traten. Aus der „Cavradi-Schlucht“ bei Sedrun im Schweizer Kanton Graubünden sowie der Gemeinde Ibitiara im brasilianischen Bundesstaat Bahia kennt man besonders schöne Rutil-Hämatit-Epitaxien. Zudem werden in Ibitiara sowie in der zum Bundesstaat Minas Gerais gehörenden Gemeinde Itabira häufig Rutil-Inklusionen in Rauchquarz entdeckt. Große knie- bzw. visierförmige Kristallzwillinge bis etwa 7 cm Größe fanden sich bei Golčův Jeníkov und Soběslav in Tschechien.<ref name="Dörfler" /> Kristalle von bis zu 3 cm Durchmesser und 5 cm Länge fanden sich in der Lagerstätte Paragatschaj auf dem Berg Kapudschuk, Autonome Republik Nachitschewan in Aserbaidschan.

In Deutschland konnte Rutil vor allem in einigen Regionen des Schwarzwaldes (Baden-Württemberg), im Fichtelgebirge, Spessart, Bayerischen Wald und Oberpfälzer Wald (Bayern), Hessen, Niedersachsen, im nordrhein-westfälischen Siebengebirge, der Eifel (Rheinland-Pfalz), im Saarland, im sächsischen Erzgebirge, Schleswig-Holstein und Thüringen nachgewiesen werden.

In Österreich fand sich das Mineral im Burgenland, auf alpinen Klüften in vielen Regionen Kärntens, Salzburgs und der Steiermark, in einigen Regionen Niederösterreichs und Tirols sowie in Oberösterreich und in Vorarlberg.

In der Schweiz trat Rutil vor allem auf alpinen Klüften in den Kantonen Graubünden, Tessin und Wallis auf.

Auch in Gesteinsproben des Mittelatlantischen Rückens und des Südwestindischen Rückens und außerhalb der Erde auf dem Mond, genauer im Fra-Mauro-Hochland, konnte Rutil gefunden werden.<ref name="Fundorte" />

Größte Förderländer

Weltweit werden die Abbau-Reserven für die wichtigsten Titanminerale Ilmenit und Rutil auf 750 Millionen Tonnen geschätzt, wobei der Rutilanteil nur 49 Millionen Tonnen beträgt. Die größten bekannten Rutilreserven hat dabei mit Abstand Australien (31 Mio. Tonnen), gefolgt von Indien (7,4 Mio. Tonnen), Südafrika (6,5 Mio. Tonnen) und der Ukraine (2,5 Mio. Tonnen). In diesen 4 Ländern befinden sich 2022 fast 97 % der bekannten Rutilreserven. Abgebaut wurden 2020 global ca. 605.000 Tonnen Rutil. Hauptförderländer waren Australien, Sierra Leone, Ukraine und Südafrika.<ref name="usgs_2022">U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: TITANIUM MINERALS.</ref> Einen Überblick gibt die folgende Tabelle.

Globaler Rutilabbau<ref name="usgs_2022" />

Land	2019	2020
	(in Tonnen als TiO2-Gehalt)
Australien[[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]:  Australien	200.000	190.000
IndienDatei:Flag of India.svg Indien	11.000	11.000
KeniaDatei:Flag of Kenya.svg Kenia	74.000	73.000
MadagaskarDatei:Flag of Madagascar.svg Madagaskar	n.bek.	8.000
MosambikDatei:Flag of Mozambique.svg Mosambik	6.000	6.000
Senegal Senegal	9.000	9.000
Sierra LeoneDatei:Flag of Sierra Leone.svg Sierra Leone	129.000	114.000
SudafrikaDatei:Flag of South Africa.svg Südafrika	110.000	86.000
UkraineDatei:Flag of Ukraine.svg Ukraine	94.000	95.000
Vereinigte Staaten[[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]:  Vereinigte Staaten	n.bek.	n.bek.
Vereinte NationenVereinte NationenAndere Länder	21.000	13.000
Gesamt (gerundet)	654.000	605.000

 

Die USA geben ihren Rutilabbau zusammen mit dem Ilmenitabbau als ca. 100.000 Tonnen an

Verwendung

Als Rohstoff

Rutil ist mit einem Metall-Gehalt von etwa 60 % nach Ilmenit das bedeutendste Titan-Mineral.

Titandioxid in der Rutil-Modifikation wird aufgrund der hohen Lichtbrechung als Weißpigment verwendet. Außerdem dient er allein oder in Verbindung mit Zellulose als Umhüllung von Elektroden für das Lichtbogenschweißen, die das Schweißen verbessert oder erst ermöglicht.

Aufgrund seiner Halbleitereigenschaften findet Rutil in der Farbstoffsolarzelle, der sogenannten Grätzel-Zelle, Verwendung. Seine Bandlücke beträgt etwa 3,0 eV, es kann daher Licht mit einer Wellenlänge kleiner als etwa 400 nm absorbieren.

Als Schmuckstein

Datei:Rutile-Hematite-Quartz-265768.jpg

Quarz-Rohstein mit sternförmigem Einschluss von Rutil

Datei:Quartz rutile.jpg

Rutilquarz im Smaragdschliff

Natürlicher Rutil wird nur gelegentlich von Sammlern zu Schmucksteinen verarbeitet, da er meist zu kleine Kristalle ausbildet. Synthetischer Rutil dagegen wird seit 1948 unter dem Handelsnamen „Titania“<ref name="Schumann" /> oder „Diamonit“ (nicht zu verwechseln mit Diamondit!) als Diamantimitation verkauft, wobei er dessen Glanz durch sechsmal so hohe Dispersion (Feuer) sogar weit übertrifft.<ref name="Plaar" />

Gern zu Schmucksteinen verarbeitet werden auch in anderen Mineralen eingeschlossene Rutilnadeln, die neben dem goldenen Glanz auch für verschiedene optische Effekte wie beispielsweise Asterismus (sternförmige Lichtreflexe) und Chatoyance (Katzenaugeneffekt) sorgen.

Siehe auch

• Liste der Minerale

Weblinks

[[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]:

Commons: Rutile – Sammlung von Bildern

• In: Geolitho Stiftung; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 13. Juli 2021 

Einzelnachweise

<references>

<ref name="Handbookofmineralogy"> </ref> <ref name="Dörfler"> </ref> <ref name="Fundorte"> Fundortliste für Rutil beim Mineralienatlas und bei Mindat, abgerufen am 13. Juli 2021. </ref> <ref name="IMA-Liste-2009"> Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: [ ] (PDF; 1,9 MB) In: IMA/CNMNC, Januar 2009, archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am 29. Juli 2024; abgerufen am 30. Juli 2024 ().  </ref> <ref name="Lapis"> </ref> <ref name="Mindat"> In: Hudson Institute of Mineralogy; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 13. Juli 2021 ().@1@2Vorlage:Toter Link/www.mindat.org (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive )  </ref> <ref name="MindatAnzahl"> In: Hudson Institute of Mineralogy; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 13. Juli 2021 ().@1@2Vorlage:Toter Link/www.mindat.org (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive )  </ref> <ref name="Plaar"> Jörg Plaar: In: Goldschmiede Plaar, 29. Juli 2012; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 13. Juli 2021.@1@2Vorlage:Toter Link/goldschmiede-plaar.de (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive )  </ref> <ref name="Schumann"> </ref> <ref name="StrunzNickel"> </ref> <ref name="Talut"> </ref> <ref name="Webmineral"> David Barthelmy: In: Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 13. Juli 2021 ().@1@2Vorlage:Toter Link/webmineral.com (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive )  </ref> </references>