Fluorit

Fluorit (auch Flussspat genannt ) ist die Mineralform von Calciumfluorid , CaF₂ _. Es gehört zu den Halogeniden . Es kristallisiert in isometrischer kubischer Form , obwohl oktaedrische und komplexere isometrische Formen nicht selten sind.

Die Mohs-Skala der Mineralhärte , die auf dem Vergleich der Ritzhärte basiert , definiert den Wert 4 als Fluorit. ^{[ 6 ]}

Reiner Fluorit ist farblos und transparent, sowohl im sichtbaren als auch im ultravioletten Licht. Verunreinigungen machen ihn jedoch meist zu einem farbigen Mineral, das als Schmuckstein und Edelstein verwendet wird. Industriell dient Fluorit als Flussmittel beim Schmelzen und bei der Herstellung bestimmter Gläser und Emaille. Hochreiner Fluorit liefert Fluorid für die Herstellung von Fluorwasserstoffsäure , einem Zwischenprodukt der meisten fluorhaltigen Feinchemikalien . Optisch klarer, transparenter Fluorit weist eine anomale partielle Dispersion auf , d. h. sein Brechungsindex variiert mit der Wellenlänge des Lichts anders als bei herkömmlichen Gläsern. Daher eignet sich Fluorit zur Herstellung apochromatischer Linsen und ist besonders wertvoll in der Fotooptik. Fluoritoptiken sind auch im fernen Ultraviolett- und mittleren Infrarotbereich einsetzbar, wo herkömmliche Gläser zu undurchsichtig sind. Fluorit zeichnet sich zudem durch geringe Dispersion und einen hohen Brechungsindex im Verhältnis zu seiner Dichte aus.

Das Wort Fluorit leitet sich vom lateinischen Verb „ fluere“ ( fließen) ab . Das Mineral wird beim Eisenschmelzen als Flussmittel verwendet, um die Viskosität der Schlacke zu verringern . Der Begriff „Flussmittel“ stammt vom lateinischen Adjektiv „ fluxus“ ( fließend, locker, schlaff ). Fluorit, ursprünglich Flussspat genannt, wurde erstmals 1530 in Georgius Agricolas Werk „ Bermannus sive de re metallica dialogus“ (Bermannus; oder Dialog über die Natur der Metalle) als Mineral erwähnt, das für seine Nützlichkeit als Flussmittel bekannt war. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Agricola, ein deutscher Wissenschaftler mit Expertise in Philologie , Bergbau und Metallurgie, benannte Flusspat als Neolatinisierung des deutschen Wortes Flussspat, abgeleitet von Fluss (kurz für Flussmittel, Schmelzflussmittel ) und Spat (was ein nichtmetallisches Mineral ähnlich Gips bezeichnet , spærstān, Speerstein , in Anspielung auf seine kristallinen Auswüchse). ^{[ 9 ] [ 10 ]}

In 1852, fluorite gave its name to the phenomenon of fluorescence, which is prominent in fluorites from certain locations, due to certain impurities in the mineral. Fluorite also gave the name to its constitutive element fluorine.^[3] Currently, the word "fluorspar" is most commonly used for fluorite as an industrial and chemical commodity, while "fluorite" is used mineralogically and in most other senses.

In archeology, gemmology, classical studies, and Egyptology, the Latin terms murrina and myrrhina refer to fluorite.^[11] In book 37 of his Naturalis Historia, Pliny the Elder describes it as a precious stone with purple and white mottling, and noted that the Romans prized objects carved from it. It has been suggested that the Sanskrit mineral name vaikrānta (वैक्रान्तः), known from Sanskrit alchemical texts dating from the early second millennium CE onwards, may refer to fluorite.^[12]

Fluorite crystallizes in a cubic motif. Crystal twinning is common and adds complexity to the observed crystal habits. Fluorite has four perfect cleavage planes that help produce octahedral fragments.^[14] The structural motif adopted by fluorite is so common that the motif is called the fluorite structure. Element substitution for the calciumcation often includes strontium and certain rare-earth elements (REE), such as yttrium and cerium.^[5]

Fluorit bildet sich als spätkristallisierendes Mineral in felsischen magmatischen Gesteinen typischerweise durch hydrothermale Aktivität. ^{[ 15 ]} Es ist besonders häufig in granitischen Pegmatiten anzutreffen. Fluorit kann als Ganglagerstätte vorkommen , die durch hydrothermale Aktivität, insbesondere in Kalksteinen, entstanden ist. In solchen Ganglagerstätten kann es mit Galenit , Sphalerit , Baryt , Quarz und Calcit vergesellschaftet sein . Fluorit findet sich auch als Bestandteil von Sedimentgesteinen, entweder als Körner oder als Bindemittel in Sandstein . ^{[ 15 ]}

Es handelt sich um ein häufig vorkommendes Mineral, das hauptsächlich in Südafrika, China, Mexiko, der Mongolei, Großbritannien, den Vereinigten Staaten, Kanada, Tansania, Ruanda und Argentinien verbreitet ist.

Die weltweiten Fluoritreserven werden auf 230 Millionen Tonnen (Mt) geschätzt. Die größten Vorkommen befinden sich in Südafrika (ca. 41 Mt), Mexiko (32 Mt) und China (24 Mt). China ist mit einer Jahresproduktion von ca. 3 Mt (Stand 2010) der weltweit größte Produzent, gefolgt von Mexiko (1,0 Mt), der Mongolei (0,45 Mt), Russland (0,22 Mt), Südafrika (0,13 Mt), Spanien (0,12 Mt) und Namibia (0,11 Mt). ^{[ 16 ]}

Eines der größten Flussspatvorkommen Nordamerikas befindet sich auf der Burin-Halbinsel in Neufundland , Kanada. Die erste offizielle Erwähnung von Flussspat in diesem Gebiet erfolgte 1843 durch den Geologen J. B. Jukes. Er verzeichnete ein Vorkommen von Bleiglanz (Galenit) und Fluoridkalk westlich des Sankt-Lorenz-Hafens. Das Interesse am kommerziellen Flussspatabbau begann 1928, die erste Erzgewinnung erfolgte 1933. In der Iron Springs Mine erreichten die Schächte schließlich Tiefen von 300 Metern. Im Sankt-Lorenz-Gebiet erstrecken sich die Gänge über große Längen, und einige weisen breite Linsen ^auf . Das Gebiet mit Gängen bekannter abbaubarer Größe umfasst etwa 160 Quadratkilometer . ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

Im Jahr 2018 nahm Canada Fluorspar Inc. die Minenproduktion in St. Lawrence wieder auf ^{[ 20 ]} . Im Frühjahr 2019 plante das Unternehmen die Entwicklung eines neuen Verschiffungshafens an der Westseite der Burin-Halbinsel, um seine Produkte kostengünstiger zu den Märkten transportieren zu können ^{[ 21 ].} Am 31. Juli 2021 wurde die erste Schiffsladung Erz erfolgreich vom neuen Hafen aus verschifft. Dies markiert das erste Mal seit 30 Jahren, dass Erz direkt aus St. Lawrence verschifft wurde ^{[ 22 ] .}

In Dalnegorsk , Russland, wurden kubische Kristalle mit einer Kantenlänge von bis zu 20 cm gefunden . ^{[ 23 ]} Der größte dokumentierte Fluorit-Einkristall war ein Würfel mit einer Kantenlänge von 2,12 Metern und einem Gewicht von etwa 16 Tonnen. ^{[ 24 ]}

In Asturien ( Spanien ) befinden sich mehrere Fluoritvorkommen, die international für die Qualität ihrer Funde bekannt sind. Im Gebiet von Berbes , Ribadesella , tritt Fluorit als kubische Kristalle auf, mitunter mit dodekaedrischen Modifikationen. Diese können eine Kantenlänge von bis zu 10 cm erreichen und weisen eine innere Farbzonierung auf, die fast immer violett ist. Fluorit ist mit Quarz und blattartigen Barytaggregaten vergesellschaftet. In der Mine Emilio in Loroñe, Colunga , sind die Fluoritkristalle farblos und transparent. Sie bilden Würfel mit geringfügigen Abweichungen von anderen Formen und erreichen ebenfalls eine Kantenlänge von bis zu 10 cm. In der Mine Moscona in Villabona sind die Fluoritkristalle gelb und weisen keine Abweichungen von anderen Formen auf. Sie erreichen eine Kantenlänge von bis zu 3 cm und sind mit großen Calcit- und Barytkristallen vergesellschaftet. ^{[ 25 ]}

Einer der bekanntesten älteren Fundorte von Fluorit ist Castleton in Derbyshire , England . Dort wurde unter dem Namen „Derbyshire Blue John“ purpurblauer Fluorit in mehreren Minen und Höhlen abgebaut. Im 19. Jahrhundert wurde dieser attraktive Fluorit wegen seines Schmuckwerts abgebaut. Das Mineral Blue John ist heute selten, und jährlich werden nur noch wenige hundert Kilogramm für Schmuck- und Edelsteinzwecke gefördert. Der Abbau findet weiterhin in der Blue John Cavern und der Treak Cliff Cavern statt . ^{[ 26 ]}

Kürzlich in China entdeckte Lagerstätten haben Fluorit mit einer Färbung und Bänderung hervorgebracht, die dem klassischen Blue John-Stein ähnelt. ^{[ 27 ]}

George Gabriel Stokes benannte das Phänomen der Fluoreszenz von Fluorit im Jahr 1852. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

Viele Fluoritproben zeigen unter ultraviolettem Licht Fluoreszenz , eine Eigenschaft, die dem Mineral seinen Namen gab. ^{[ 28 ]} Viele Mineralien und andere Substanzen fluoreszieren. Bei der Fluoreszenz werden Elektronen durch UV-Licht angehoben und fallen anschließend wieder in ihren ursprünglichen Energiezustand zurück, wobei sichtbares Licht emittiert wird. Bei Fluorit ist das emittierte Licht meist blau, aber auch Rot, Violett, Gelb, Grün und Weiß kommen vor. Die Fluoreszenz von Fluorit kann durch mineralische Verunreinigungen wie Yttrium und Ytterbium oder durch organische Substanzen wie flüchtige Kohlenwasserstoffe im Kristallgitter verursacht werden. Insbesondere die blaue Fluoreszenz, die in Fluoriten aus bestimmten Regionen Großbritanniens beobachtet wird und die dem Phänomen der Fluoreszenz seinen Namen gab, wird auf Einschlüsse von zweiwertigem Europium im Kristall zurückgeführt . ^{[ 30 ]} Es wurde auch beobachtet, dass natürliche Proben, die Seltenerdverunreinigungen wie Erbium enthalten, Aufwärtskonversionsfluoreszenz aufweisen , bei der Infrarotlicht die Emission von sichtbarem Licht anregt – ein Phänomen, das üblicherweise nur bei synthetischen Materialien beobachtet wird. ^{[ 31 ]}

Eine fluoreszierende Variante des Fluorits ist Chlorophan , das rötlich oder violett gefärbt ist und beim Erhitzen ( Thermolumineszenz ) oder bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht hell smaragdgrün fluoresziert .

Die Farbe des sichtbaren Lichts, das Fluorit beim Fluoreszieren aussendet, hängt vom Fundort der Probe ab, da sich unterschiedliche Verunreinigungen an verschiedenen Stellen im Kristallgitter befinden. Auch fluoresziert Fluorit nicht gleich hell, selbst nicht, wenn er vom selben Fundort stammt. Daher ist ultraviolettes Licht weder zur Identifizierung von Proben noch zur Quantifizierung des Minerals in Gemischen geeignet. Beispielsweise fluoreszieren britische Fluorite aus Northumberland , County Durham und dem östlichen Cumbria am gleichmäßigsten, während Fluorit aus Yorkshire , Derbyshire und Cornwall , sofern er überhaupt fluoresziert, in der Regel nur schwach fluoresziert.

Fluorit weist außerdem die Eigenschaft der Thermolumineszenz auf . ^{[ 32 ]}

Fluorit ist allochromatisch, das heißt, er kann durch elementare Verunreinigungen gefärbt werden. Fluorit kommt in einer breiten Farbpalette vor und wird daher auch als „das farbenprächtigste Mineral der Welt“ bezeichnet. Jede Farbe des Regenbogens ist in verschiedenen Schattierungen in Fluoritproben vertreten, ebenso wie weiße, schwarze und farblose Kristalle. Die häufigsten Farben sind Violett, Blau, Grün, Gelb oder farblos. Seltener sind Rosa, Rot, Weiß, Braun und Schwarz. Farbzonierungen oder Bänderung sind häufig zu beobachten. Die Farbe des Fluorits wird unter anderem durch Verunreinigungen, Strahlungseinwirkung und das Fehlen von Hohlräumen in den Farbzentren bestimmt .

• 
  Pastellgrüner Fluoritkristall auf Bleiglanz
• 
  Ein Goldgelb mit violetten Fluorit-Nuancen
• 
  Freistehende violette Fluoritgruppe zwischen zwei Quarzen
• 
  Fluorit in hell- bis dunkelburgunderfarbenem Ton
• 
  Transparenter, türkisfarbener Fluorit mit violetten Reflexen
• 
  Grasgrüne Fluorit-Oktaeder, die sich auf einer quarzreichen Matrix aneinanderreihen.
• 
  Elektrisch blauer Florit

Fluorit ist eine wichtige Quelle für Fluorwasserstoff , eine Basischemikalie, die zur Herstellung einer Vielzahl von Materialien verwendet wird. Fluorwasserstoff wird durch Einwirkung von konzentrierter Schwefelsäure aus dem Mineral freigesetzt .

CaF₂ ( s ) + H₂SO₄ _→ CaSO₄ ( s ₎ + 2 HF ₍ g ₎

Das entstehende Fluorwasserstoff (HF) wird in Fluor, Fluorkohlenwasserstoffe und verschiedene Fluoridverbindungen umgewandelt . Ende der 1990er Jahre wurden jährlich fünf Milliarden Kilogramm abgebaut. ^{[ 33 ]}

Es gibt drei Hauptverwendungszwecke für natürlichen Flussspat, der in diesen Branchen üblicherweise als „Flusspat“ bezeichnet wird, die unterschiedlichen Reinheitsgraden entsprechen. Metallurgischer Flussspat (60–85 % CaF₂ ₎ , der niedrigste der drei Reinheitsgrade, wurde traditionell als Flussmittel zur Senkung des Schmelzpunktes von Rohstoffen in der Stahlproduktion eingesetzt , um die Entfernung von Verunreinigungen zu erleichtern, und später auch in der Aluminiumproduktion . Keramischer Flussspat (85–95 % CaF₂ ₎ wird zur Herstellung von Opalglas, Emaille und Kochgeschirr verwendet . Der hochwertigste Reinheitsgrad, „Säurefluorit“ (97 % oder mehr CaF₂ ₎ , macht etwa 95 % des Flussspatverbrauchs in den USA aus, wo er zur Herstellung von Fluorwasserstoff und Fluorwasserstoffsäure durch Reaktion mit Schwefelsäure verwendet wird . ^{[ 34 ]}

International wird säurebeständiger Flussspat auch zur Herstellung von AlF₃ und Kryolith (Na₃AlF₆ _{) verwendet} , den wichtigsten Fluorverbindungen für die Aluminiumgewinnung. Aluminiumoxid wird in einem Bad gelöst, das hauptsächlich aus geschmolzenem Na₃AlF₆, AlF₃ und Flussspat (CaF₂) besteht _{, um} die _{elektrolytische} Aluminiumgewinnung _zu ermöglichen _. Fluorverluste werden vollständig durch die Zugabe von AlF₃ kompensiert _, ^das _{größtenteils mit überschüssigem Natrium aus dem Aluminiumoxid} zu Na₃AlF₆ _reagiert . ^[ 34 ^]

Natürlicher Fluorit wird als Schmuck- und Edelsteinmineral verwendet. Fluorit kann zu Perlen verarbeitet und in Schmuckstücken verarbeitet werden, ist aber aufgrund seiner relativen Weichheit als Halbedelstein nicht weit verbreitet. Er wird auch für Zierschnitzereien verwendet, wobei geübte Schnitzer die Zonierung des Steins gekonnt zur Geltung bringen.

Im Labor wird Calciumfluorid häufig als Fenstermaterial für Infrarot- und Ultraviolettstrahlung eingesetzt , da es in diesen Bereichen (ca. 150 bis 9000 nm) transparent ist und eine extrem geringe Änderung des Brechungsindex mit der Wellenlänge aufweist. Zudem wird das Material von wenigen Reagenzien angegriffen. Bei Wellenlängen von nur 157 nm, einer gängigen Wellenlänge für die Herstellung von Halbleiter- Steppern in der Lithografie integrierter Schaltungen , zeigt der Brechungsindex von Calciumfluorid bei hohen Leistungsdichten eine gewisse Nichtlinearität, was seine Verwendung für diesen Zweck bisher eingeschränkt hat. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts brach der Markt für Calciumfluorid-Stepper ein, und viele große Produktionsstätten wurden geschlossen. Canon und andere Hersteller verwendeten synthetisch gezüchtete Calciumfluorid-Kristalle in Linsen, um apochromatische Optiken zu realisieren und die Lichtstreuung zu reduzieren . Diese Anwendung wurde jedoch weitgehend durch neuere Gläser und computergestützte Konstruktion ersetzt. Als optisches Infrarotmaterial ist Calciumfluorid weit verbreitet und war zeitweise unter dem Markennamen „Irtran-3“ von Eastman Kodak bekannt, obwohl diese Bezeichnung veraltet ist.

Fluorit sollte nicht mit Fluorkronenglas verwechselt werden, einem Glas mit geringer Dispersion , dessen optische Eigenschaften denen von Fluorit ähneln. Echtes Fluorit ist kein Glas, sondern ein kristallines Material. Linsen oder optische Gruppen, die dieses Glas mit geringer Dispersion als ein oder mehrere Elemente verwenden, weisen eine geringere chromatische Aberration auf als solche, die herkömmliches, kostengünstigeres Kronglas und Flintglas zur Herstellung einer achromatischen Linse verwenden . Optische Gruppen bestehen aus einer Kombination verschiedener Glasarten; jede Glasart bricht Licht auf unterschiedliche Weise. Durch die Kombination verschiedener Glasarten können Linsenhersteller unerwünschte Eigenschaften, insbesondere die chromatische Aberration, eliminieren oder deutlich reduzieren. Die besten Linsenkonstruktionen dieser Art werden oft als apochromatisch bezeichnet (siehe oben). Fluorkronenglas (wie z. B. Schott FK51) kann in Kombination mit einem geeigneten Flintglas (wie z. B. Schott KzFSN 2) sehr hohe Leistung in Teleskopobjektiven, Mikroskopobjektiven und Kamerateleobjektiven erzielen. Fluorit-Elemente werden in ähnlicher Weise mit komplementären Flint-Elementen (wie z. B. Schott LaK 10) kombiniert. ^{[ 36 ]} Die Brechungseigenschaften von Fluorit und bestimmten Flint-Elementen bewirken eine geringere und gleichmäßigere Dispersion im gesamten Spektrum des sichtbaren Lichts, wodurch die Farben enger beieinander liegen. Linsen aus Fluorit sind Fluorkronen-Linsen überlegen, zumindest bei Dublett-Teleskopobjektiven; ihre Herstellung ist jedoch aufwendiger und kostspieliger. ^{[ 37 ]}

Die Verwendung von Fluorit für Prismen und Linsen wurde von Victor Schumann gegen Ende des 19. Jahrhunderts untersucht und gefördert. ^{[ 38 ]} Natürlich vorkommende Fluoritkristalle ohne optische Defekte waren nur groß genug, um Mikroskopobjektive herzustellen.

Mit der Entwicklung synthetisch hergestellter Fluoritkristalle in den 1950er- und 1960er-Jahren konnte Fluorit in einigen leistungsstarken optischen Teleskop- und Kameralinsenelementen anstelle von Glas verwendet werden . In Teleskopen ermöglichen Fluoritelemente hochauflösende Bilder astronomischer Objekte bei hohen Vergrößerungen . Canon Inc. produziert synthetische Fluoritkristalle, die in ihren besseren Teleobjektiven zum Einsatz kommen . Die Verwendung von Fluorit für Teleskoplinsen ist seit den 1990er-Jahren zurückgegangen, da neuere Konstruktionen mit Fluorkronglas, darunter auch Tripletts, vergleichbare Leistung zu niedrigeren Preisen bieten. Fluorit und verschiedene Kombinationen von Fluoridverbindungen können zu synthetischen Kristallen verarbeitet werden, die in Lasern und Spezialoptiken für UV- und Infrarotstrahlung Anwendung finden. ^{[ 39 ]}

Belichtungswerkzeuge für die Halbleiterindustrie nutzen Fluorit-Optiken für ultraviolettes Licht mit Wellenlängen um 157 Nanometer . Fluorit zeichnet sich durch eine besonders hohe Transparenz in diesem Wellenlängenbereich aus. Fluorit- Objektive werden von den großen Mikroskopherstellern (Nikon, Olympus , Carl Zeiss und Leica) gefertigt. Ihre Transparenz für ultraviolettes Licht ermöglicht ihren Einsatz in der Fluoreszenzmikroskopie . ^{[ 40 ]} Das Fluorit dient zudem der Korrektur optischer Aberrationen in diesen Objektiven. Nikon hat bereits ein Kameraobjektiv mit Fluorit- und Quarzelementen (105 mm f/4,5 UV) für die Erzeugung von Ultraviolettbildern hergestellt . ^{[ 41 ]} Konica produzierte ein Fluorit-Objektiv für seine Spiegelreflexkameras – das Hexanon 300 mm f/6,3.

Im Jahr 2012 wurde in Flussspatminen in Bayern die erste natürlich vorkommende Fluorquelle entdeckt. Zuvor ging man davon aus, dass Fluor aufgrund seiner hohen Reaktivität und der damit verbundenen schnellen Reaktion mit anderen Chemikalien nicht natürlich vorkommt. ^{[ 42 ]} Flussspat ist normalerweise farblos, doch einige in der Nähe vorkommende Varianten erscheinen schwarz und werden als „stinkender Flussspat“ oder Antozonit bezeichnet . Die Mineralien, die geringe Mengen an Uran und dessen Zerfallsprodukten enthalten, setzen Strahlung frei, die energiereich genug ist, um die Oxidation von Fluorid-Anionen innerhalb der Struktur zu Fluor zu induzieren, das im Mineral eingeschlossen wird. Die Farbe des stinkenden Flussspats ist hauptsächlich auf die verbleibenden Calciumatome zurückzuführen . Festkörper-Fluor-19- NMR- Spektroskopie des im Antozonit enthaltenen Gases ergab ein Signal bei 425 ppm, was mit _F₂ übereinstimmt . ^{[ 43 ]}

• 
  Fluoritkristalle, ausgestellt in der Cullen Hall of Gems and Minerals, Houston Museum of Natural Science
• 
  Fluorit und Sphalerit aus der Elmwood-Mine, Smith County, Tennessee, USA
• 
  Durchscheinende Kugel aus traubenförmigem Fluorit, die auf einem Kalzitkristall ruht
• 
  Fluorit mit Baryt, aus der Mine Berbes, Bergbaugebiet Berbes, Ribadesella, Asturien, Spanien
• 
  Fluorit aus der Diana-Maria-Mine, Weardale, England, Großbritannien
• 
  Fluorit aus der Mine El Hammam, Präfektur Meknès, Region Meknès-Tafilalet, Marokko
• 
  Aus Fluorit geschnitzte Kröte. Länge 8 cm (3 Zoll).
• 
  Beispiel eines kugelförmig bearbeiteten und polierten Fluorit-Steins, hergestellt durch Steinschleifen , eine Form, die häufig mit dekorativen Zwecken in Verbindung gebracht wird.

• Liste der Länder nach Flussspatproduktion
• Liste der Mineralien
• Magnesiumfluorid – wird auch in der UV-Optik verwendet

 Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus Fluorspar (PDF) . United States Geological Survey .

• Lehrreicher Artikel über die verschiedenen Farben von Fluoritkristallen aus Asturien, Spanien. Archiviert am 18.06.2015 im Internetarchiv (Wayback Machine).
• Eine lehrreiche Tour durch Weardale Fluorite
• Geologischer Dienst des Staates Illinois
• Illinois Staatsmineral
• Barber Cup und Crawford Cup , verwandte römische Becher im British Museum
• usgs.gov (Mineral Commodity Summaries 2025): Flusspat