Mullit
| Mullit | |
|---|---|
| Allgemeines und Klassifikation | |
| IMA-Symbol |
Mul<ref name="Warr"></ref> |
| Chemische Formel |
|
| Mineralklasse (und ggf. Abteilung) |
Silikate und Germanate – Inselsilikate |
| System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) Strunz (9. Aufl.) Dana |
VIII/A’.02 – Anhang VIII/B.02-050 9.AF.20 52.02.02a.02 |
| Kristallographische Daten | |
| Kristallsystem | orthorhombisch |
| Kristallklasse; Symbol | orthorhombisch-dipyramidal; 2/m2/m2/m<ref name="Webmineral" /> |
| Raumgruppe | Pbam (Nr. 55)<ref name="StrunzNickel" /> |
| Gitterparameter | a = 7,58 Å; b = 7,68 Å; c = 2,89 Å<ref name="StrunzNickel" /> |
| Formeleinheiten | Z = 2<ref name="StrunzNickel" /> |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Mohshärte | 6 bis 7<ref name="Handbookofmineralogy" /> |
| Dichte (g/cm3) | gemessen: 3,11 bis 3,26; berechnet: 3,170<ref name="Handbookofmineralogy" /> |
| Spaltbarkeit | deutlich nach {010}<ref name="Handbookofmineralogy" /> |
| Bruch; Tenazität | spröde<ref name="Webmineral" /> |
| Farbe | farblos, weiß, grau, hellrosa, rot, violett<ref name="Handbookofmineralogy" /><ref name="Lapis" /> |
| Strichfarbe | weiß<ref name="Lapis" /> |
| Transparenz | durchsichtig bis durchscheinend |
| Glanz | Glasglanz |
| Kristalloptik | |
| Brechungsindizes | nα 1,642 bis 1,653<ref name="Mindat" /> nβ 1,644 bis 1,655<ref name="Mindat" /> nγ 1,654 bis 1,679<ref name="Mindat" /> |
| Doppelbrechung | δ 0,012 bis 0,026<ref name="Mindat" /> |
| Optischer Charakter | zweiachsig positiv |
| Achsenwinkel | 2V = 20 bis 50°<ref name="Mindat" /> |
| Pleochroismus | Sichtbar:<ref name="Mindat" /> X = Y = farblos Z = rosa |
| Weitere Eigenschaften | |
| Chemisches Verhalten | unlöslich in Säuren einschließlich Flusssäure<ref name="Handbookofmineralogy" /> |
Mullit ist ein eher selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Silikate und Germanate“ mit der komplexen chemischen Zusammensetzung Al[6]Al1+x[4][O|Si1-xO4-x/2], wobei x ≈ 0,2 entspricht.<ref name="StrunzNickel" /> Strukturell gehört Mullit zu den Inselsilikaten.
Mullit kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem und entwickelt meist kleine, prismatische bis nadelige Kristalle mit einem glasähnlichen Glanz auf den Oberflächen. In reiner Form ist Mullit farblos und durchsichtig. Durch vielfache Lichtbrechung aufgrund von Gitterbaufehlern oder polykristalliner Ausbildung kann er aber auch weiß erscheinen und durch Fremdbeimengungen eine graue, hellrosa bis rote oder violette Farbe annehmen, wobei die Transparenz entsprechend abnimmt.
Etymologie und Geschichte
Erstmals entdeckt wurde Mullit nahe der Seabank Villa auf der Isle of Mull vor der Nordwestküste Schottlands. Die Erstbeschreibung erfolgte 1924 durch N. L. Bowen, J. W. Greig und E. G. Zies, die das Mineral nach dessen Typlokalität benannten.
Typmaterial des Minerals wird im Natural History Museum in London unter den Katalog-Nr. 1925,432–437 aufbewahrt.<ref name="IMA-Typmineral" />
Weitere Unterscheidungen in der Namensgebung hängen mit den Bildungsbedingungen des Mullits zusammen. So wird in fester Phase gebildeter körniger Mullit als Schuppenmullit bezeichnet, während sich in Gegenwart einer Schmelze Nadelmullit bildet. Bei niedrigen Temperaturen gebildeter Mullit wird auch als Primärmullit und den aus diesem bei hohen Temperaturen neugebildeten bzw. rekristallisierten Mullit als Sekundärmullit bezeichnet.
Klassifikation
In der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Mullit zur Mineralklasse der „Silikate“ und dort zur Abteilung „Neso-Subsilikate“, wo er gemeinsam mit Yoderit im Anhang zur „Al2SiO5-Gruppe“ mit der Systemnummer VIII/A’.02 und den Hauptmitgliedern Andalusit, Kyanit und Sillimanit steht.
In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer VIII/B.02-050. Dies entspricht der Klasse der „Silikate“ und dort der Abteilung „Inselsilikate mit tetraederfremden Anionen“, wo Mullit zusammen mit Andalusit, Boromullit, Kanonait, Kyanit, Sillimanit, Topas und Yoderit eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer VIII/B.02 bildet.<ref name="Lapis" />
Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte<ref name=IMA-Liste-2009 /> 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Mullit in die Klasse der „Silikate und Germanate“ und dort in die Abteilung „Inselsilikate (Nesosilikate)“ ein. Hier ist das Mineral in der Unterabteilung „Inselsilikate mit zusätzlichen Anionen; Kationen in [4]er-, [5]er- und/oder nur [6]er-Koordination“ zu finden, wo es als einziges Mitglied eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer 9.AF.20 bildet.
In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Mullit die System- und Mineralnummer 52.02.02a.02. Das entspricht der Klasse der „Silikate“ und dort der Abteilung „Inselsilikate: SiO4-Gruppen und O, OH, F und H2O“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Inselsilikate: SiO4-Gruppen und O, OH, F und H2O mit Kationen in [4] und >[4]-Koordination“ in der „Al2SiO5 (Sillimanit-Untergruppe)“, in der auch Sillimanit und Boromullit eingeordnet sind.
Kristallstruktur
Mullit kristallisiert orthorhombisch in der Raumgruppe Pbam (Raumgruppen-Nr. 55) mit den Gitterparametern a = 7,58 Å, b = 7,68 Å und c = 2,89 Å sowie zwei Formeleinheit pro Elementarzelle.<ref name="StrunzNickel" />
Die Kristallstruktur besteht aus Ketten von kantenverknüpften AlO6-Oktaedern parallel der c-Achse [001]. Diese sind über Doppelketten aus SiO4- und AlO4-Tetraedern miteinander vernetzt. Struktur und Anordnung ähneln der von Sillimanit, wobei das Verhältnis von Al : Si allerdings größer als 1 : 1 ist und der Ladungsausgleich von einigen freien Sauerstoffatomen aufrechterhalten wird.<ref name="StrunzNickel" />
Eigenschaften
Die Wärmeausdehnung von Mullit mit hohem Reinheitsgrad zeigt bei etwa 1100 °C eine Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten, die auf eine Phasenumwandlung und das Ausheilen von Fehlstellen zurückzuführen ist. Ab 1830 °C findet die peritektische Zersetzung statt.<ref name="Brunauer" /> Mullit ist aufgrund dieser Wärmedehnung ein die feuerfeste Struktur zerstörender Anteil, der beim Brennen der Schamotteziegel aus dem Bindemittelanteil an Ton entsteht.
Bei Temperaturen über 250 bis 300 °C hat Mullit eine höhere Mikrohärte als Korund.<ref name="Margalit" />
Kommerziell erhältlicher Mullit hat einen Glasphasenanteil (in REM-Aufnahmen durch feine Linien in einem 120°-Winkel zueinander erkennbar), durch den der Schmelzpunkt herabgesetzt wird. Nach dem Herstellungsverfahren bezeichnet man synthetischen Mullit der Zusammensetzung 3Al2O3 • 2SiO2 als Sintermullit und Mullit der Zusammensetzung 2Al2O3·1SiO2 als Schmelzmullit.
Mullit und Sillimanit ähneln sich chemisch und in allen physikalischen und optischen Eigenschaften.<ref name="Klockmann" />
Modifikationen und Varietäten
Von Mullit gibt es eine metastabile, pseudotetragonale Modifikation, die auf die Bildung von Domänen und/oder Verzwillingung zurückgeführt wird.<ref name="SchneiderRymon-Lipinski" /> Diese geht oberhalb 1000 °C in die orthorhombische Modifikation über.
Bildung und Fundorte
Fundort: Wannenköpfe, Vulkankomplex Wannengruppe, Eifel, Deutschland
Mullit entsteht durch Metamorphose aus Kaolinit bei Normaldruck und etwa 1200 °C oder als Zerfallsprodukt von Sillimanit bzw. seinen Polymorphen Disthen oder Andalusit bei über 1000 °C (Sillimanit→Mullit+SiO2).<ref name="Klockmann" /> Da diese Bedingungen der metamorphen Sanidinit-Fazies entsprechen, die in der Natur nur selten und in beschränkten Gesteinsvolumina erreicht wird (etwa im Nebengestein basaltischer Vulkanschlote), tritt Mullit dort meist nur in sehr geringen Mengen auf.
Als seltene Mineralbildung konnte Mullit nur an wenigen Fundorten nachgewiesen werden, wobei bisher etwas mehr als 70 Fundorte dokumentiert sind.<ref name="MindatAnzahl" /> Auf der Isle of Mull in Schottland konnte das Mineral an mehreren Stellen entdeckt werden. Weitere Fundorte im Vereinigten Königreich sind allerdings nicht bekannt.
In Deutschland trat Mullit bisher vor allem in der Umgebung des Laacher Sees und am Ettringer Bellerberg im Landkreis Mayen-Koblenz sowie an mehreren Stellen im Landkreis Vulkaneifel in Rheinland-Pfalz auf. Daneben fand sich das Mineral unter anderem am Katzenbuckel in Baden-Württemberg, am Großen Teichelberg und am Schloßberg bei Waldeck (Gemeinde Kemnath) in Bayern, bei Georgsmarienhütte in Niedersachsen und in der Grube Anna in Nordrhein-Westfalen.
In Österreich konnte Mullit bisher nur in einem Basalt-Steinbruch am Pauliberg im Burgenland sowie bei Klöch und am Stradner Kogel in der Steiermark gefunden werden.
Weitere Fundorte liegen unter anderem in Ägypten, Australien, China, Frankreich, Indien, Italien, Japan, Kenia, den Niederlanden, Neuseeland, Polen, Russland, der Slowakei, Spanien, Tadschikistan, Tschechien, Ungarn und den Vereinigten Staaten.<ref name="Fundorte" />
Aufgrund seiner Seltenheit kann Mullit üblicherweise nicht direkt durch Abbau solcher Vorkommen gewonnen werden. Eine kommerziell genutzte Lagerstätte mit einer jährlichen Produktion von 5000 t wird aus dem nördlichen Transvaal in der Republik Südafrika genannt.<ref name="KloseTufar" />
Synthetischer Mullit
Technisch wird Mullit durch Schmelzen einer Mischung von Kaolinit und Aluminiumoxid im Lichtbogenofen oder durch Sinterung einer brikettierten Mischung von Kaolinit, Aluminiumhydroxid und Wasser im Tunnelofen hergestellt.<ref name="KloseTufar" />
Verwendung
Durch das Ausgangsmineral Kaolinit entsteht Mullit als wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Porzellan und Ziegeln sowie Schamottesteinen. Auch zur Herstellung von Filterelementen für die Heißgasfiltration wird Mullit eingesetzt.<ref name="VDI3677" /> Ebenso findet es Verwendung als inertes Trägermaterial für beschichtete Katalysatoren.<ref name="VDI3476" /> Ein weiteres Einsatzgebiet von Mullit ist die Hochtemperaturwärmedämmung.<ref name="VDI3469" />
Reaktionsgebundener Mullit (RBM) wird unter Verwendung von Aluminium und Silicium, Siliciumcarbid, Zirkon (Zirkoniumsilikat) oder Korund hergestellt und dient zur Fertigung von Technischer Keramik und feuerfesten Werkstoffen. Durch die Volumenzunahme beim Brennen kann die Sinterschrumpfung kompensiert werden.
Siehe auch
Literatur
- Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 482–483.
Weblinks
- Mineralienatlas: Mullit (Wiki)
- Mullite search results. In: rruff.info. Database of Raman spectroscopy, X-ray diffraction and chemistry of minerals (RRUFF)
- American-Mineralogist-Crystal-Structure-Database – Mullite. In: rruff.geo.arizona.edu.
- Lexikon der Geowissenschaften – Mullit. In: spektrum.de. Spektrum, 4. Dezember 2014.
Einzelnachweise
<references> <ref name="Brunauer"> </ref> <ref name="Handbookofmineralogy"> </ref> <ref name="Fundorte"> Fundortliste für Mullit beim Mineralienatlas und bei Mindat </ref> <ref name="IMA-Liste">Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: July 2024. (PDF; 3,6 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Juli 2024, abgerufen am 13. August 2024 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> <ref name="IMA-Liste-2009"> Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: IMA/CNMNC List of Minerals 2009. (PDF; 1,9 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Januar 2009, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 29. Juli 2024; abgerufen am 30. Juli 2024 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)). </ref> <ref name="IMA-Typmineral">Catalogue of type mineral specimens – M. (PDF; 121 kB) In: smmp.net. Commission on Museums (IMA), 1. Juni 2007, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 2. September 2018; abgerufen am 6. Januar 2019 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value), Mullite S. 25).</ref> <ref name="Klockmann"> Friedrich Klockmann: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 676 (Erstausgabe: 1891). </ref> <ref name="KloseTufar"> D. Klose, W. Tufar: Silicates. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. 5. Auflage. A 23. VCH, Weinheim 1993, S. 694–696. </ref> <ref name="Lapis"> Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9. </ref> <ref name="Margalit"> </ref> <ref name="Mindat"> Mullite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 5. Januar 2019 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)). </ref> <ref name="MindatAnzahl"> Anzahl und Verteilung der weltweiten Fundorte für Mullit. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 5. Januar 2019 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)). </ref> <ref name="SchneiderRymon-Lipinski"> </ref> <ref name="StrunzNickel"> </ref> <ref name="VDI3469"> VDI 3469 Blatt 1:2016-09 Emissionsminderung; Herstellung und Verarbeitung von faserhaltigen Materialien; Faserförmige Stäube; Grundlagen, Überblick (Emission control; Production and processing of fibrous materials; Fibrous dusts; Fundamentals, overview). Beuth Verlag, Berlin, S. 6. </ref> <ref name="VDI3476"> VDI 3476 Blatt 1:2015-06 Abgasreinigung; Verfahren der katalytischen Abgasreinigung; Grundlagen (Waste gas cleaning; Methods of catalytic waste gas cleaning; Fundamentals). Beuth Verlag, Berlin, S. 10. </ref> <ref name="VDI3677"> VDI 3677 Blatt 3:2012-11 Filternde Abscheider; Heißgasfiltration (Filtering-separators; High-temperature gas filtration). Beuth Verlag, Berlin, S. 15. </ref> <ref name="Webmineral"> David Barthelmy: Mullite Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 5. Januar 2019 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)). </ref> </references>