Sphalerite is a sulfide mineral with the chemical formula(Zn, Fe)S.[5] It is the most important ore of zinc. Sphalerite is found in a variety of deposit types, but it is primarily in sedimentary exhalative, Mississippi-Valley type, and volcanogenic massive sulfide deposits. It is found in association with galena, chalcopyrite, pyrite (and other sulfides), calcite, dolomite, quartz, rhodochrosite, and fluorite.[6]

German geologist Ernst Friedrich Glocker discovered sphalerite in 1847, naming it based on the Greek word sphălerós (σφαλερός), meaning 'deceiving', due to the difficulty of identifying the mineral.[7]

Sphalerit enthält neben Zink auch Cadmium , Gallium , Germanium und Indium . Bergleute bezeichnen Sphalerit auch als Zinkblende , Black-Jack oder Rubinblende . [ 8 ] Marmatit ist eine undurchsichtige, schwarze Varietät mit hohem Eisengehalt. [ 9 ]

Kristallhabitus und Struktur

Die Kristallstruktur von Sphalerit

Sphalerit kristallisiert in der flächenzentrierten kubischen Zinkblende- Kristallstruktur [ 10 ] , die nach dem Mineral benannt wurde. Diese Struktur gehört zur hextetraedrischen Kristallklasse ( Raumgruppe F4 3m ). In der Kristallstruktur besetzen sowohl Schwefel- als auch Zink- bzw. Eisenionen die Gitterplätze eines flächenzentrierten kubischen Gitters. Die beiden Gitter sind gegeneinander verschoben, sodass Zink und Eisen tetraedrisch an die Schwefelionen koordiniert sind und umgekehrt . [ 11 ] Zu den Sphalerit-ähnlichen Mineralen gehören die Minerale der Sphaleritgruppe, bestehend aus Sphalerit, Colaradoit , Hawleyit , Metazinnober , Stilleit und Tiemannit . [ 12 ] Die Struktur ist eng mit der Struktur von Diamant verwandt . [ 10 ] Die hexagonale Modifikation von Sphalerit ist Wurtzit , die trigonale Modifikation ist Matrait . [ 12 ] Wurtzit ist die Hochtemperatur-Polymorphie und stabil bei Temperaturen über 1020 °C (1870 °F). [ 13 ] Die Gitterkonstante von Zinksulfid in der Zinkblende-Kristallstruktur beträgt 0,541 nm . [ 14 ] Sphalerit wurde als Pseudomorphose gefunden und weist die Kristallstruktur von Bleiglanz , Tetraedrit , Baryt und Calcit auf . [ 13 ] [ 15 ] Sphalerit kann Spinell-Zwillinge bilden, wobei die Zwillingsachse [111] ist.

Die chemische Formel von Sphalerit lautet (Zn,Fe)S ; der Eisengehalt steigt im Allgemeinen mit zunehmender Bildungstemperatur und kann bis zu 40 % erreichen. [ 6 ] Das Material kann als ternäre Verbindung zwischen den binären Endpunkten ZnS und FeS mit der Zusammensetzung Zn <sub>x </sub> Fe<sub> (1-x) </sub>S betrachtet werden, wobei x von 1 (reines ZnS) bis 0,6 reichen kann.

Natürliches Sphalerit enthält verschiedene Verunreinigungen, die im Allgemeinen Zink auf der Kationenposition im Kristallgitter ersetzen. Die häufigsten Kationenverunreinigungen sind Cadmium , Quecksilber und Mangan , aber auch Gallium , Germanium und Indium können in relativ hohen Konzentrationen (Hunderte bis Tausende von ppm) vorkommen. [ 16 ] [ 17 ] Cadmium kann bis zu 1 % des Zinks ersetzen, und Mangan findet sich im Allgemeinen in Sphalerit mit hohem Eisengehalt. [ 12 ] Schwefel auf der Anionenposition kann durch Selen und Tellur ersetzt werden . [ 12 ] Die Häufigkeit dieser Verunreinigungen wird durch die Bildungsbedingungen des Sphalerits bestimmt; Bildungstemperatur, Druck, Elementverfügbarkeit und Fluidzusammensetzung sind wichtige Einflussfaktoren. [ 17 ]

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Sphalerit besitzt eine perfekte dodekaedrische Spaltbarkeit mit sechs Spaltebenen. [ 10 ] [ 18 ] In reiner Form ist es ein Halbleiter, geht aber mit steigendem Eisengehalt in einen Leiter über. [ 19 ] Seine Mohshärte liegt zwischen 3,5 und 4. [ 20 ]

Es lässt sich von ähnlichen Mineralien durch seine vollkommene Spaltbarkeit, seinen charakteristischen harzigen Glanz und den rotbraunen Strich der dunkleren Varietäten unterscheiden. [ 21 ]

Optische Eigenschaften

Sphalerit, der unter ultraviolettem Licht fluoresziert (Sternberg Museum für Naturgeschichte, Kansas, USA)

Reines Zinksulfid ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke (ca. 3,54 Elektronenvolt), wodurch das reine Material im sichtbaren Spektrum transparent ist. Ein erhöhter Eisengehalt führt zu Undurchsichtigkeit, während verschiedene Verunreinigungen dem Kristall unterschiedliche Farben verleihen können. [ 20 ] Im Dünnschliff zeigt Sphalerit ein sehr hohes positives Relief und erscheint farblos bis blassgelb oder braun, ohne Pleochroismus . [ 6 ]

Der Brechungsindex von Sphalerit (gemessen mit Natriumlicht, mittlere Wellenlänge 589,3 nm) variiert zwischen 2,37 für reines ZnS und 2,50 bei einem Eisengehalt von 40 %. [ 6 ] Sphalerit ist unter gekreuztem polarisiertem Licht isotrop. Bei Verwachsung mit seinem Polymorph Wurtzit kann Sphalerit jedoch Doppelbrechung aufweisen ; die Doppelbrechung kann von 0 (0 % Wurtzit) bis zu 0,022 (100 % Wurtzit) ansteigen. [ 6 ] [ 13 ]

Sphalerit fluoresziert je nach Verunreinigung unter ultraviolettem Licht. Er kann tribolumineszent sein . [ 22 ] Sphalerit weist eine charakteristische gelb-orange Tribolumineszenz auf. Typischerweise eignen sich Endplattenproben ideal zur Darstellung dieser Eigenschaft. Eine auf den optischen Eigenschaften des Minerals basierende und durch Algorithmen der künstlichen Intelligenz unterstützte Identifizierungsmethode lieferte gute Ergebnisse. [ 23 ]

Sorten

Kristallklarer, farbloser bis hellgrüner Sphalerit aus Franklin, New Jersey (siehe Franklin Furnace ), fluoresziert unter langwelligem UV-Licht stark orange und/oder blau und ist als Cleiophan bekannt , eine nahezu reine ZnS-Varietät. [ 24 ] Cleiophan enthält weniger als 0,1 % Eisen in der Sphalerit-Kristallstruktur. [ 12 ] Marmatit oder Christophit ist eine undurchsichtige schwarze Varietät des Sphalerits. Seine Färbung ist auf hohe Eisengehalte zurückzuführen, die bis zu 25 % erreichen können. Marmatit ist nach dem Bergbaurevier Marmato in Kolumbien benannt , Christophit nach der St. Christoph-Mine in Breitenbrunn , Sachsen . [ 24 ] Weder Marmatit noch Cleiophan werden von der Internationalen Mineralogischen Vereinigung (IMA) anerkannt . [ 25 ] Roter, oranger oder bräunlich-roter Sphalerit wird als Rubinblende oder Rubinzink bezeichnet, während dunkel gefärbter Sphalerit als Blackjack bekannt ist. [ 24 ]

Einzahlungsarten

Sphalerit zählt zu den häufigsten Sulfidmineralen und kommt weltweit in verschiedenen Lagerstättentypen vor. [ 8 ] Die weite Verbreitung von Sphalerit ist darauf zurückzuführen, dass es in vielen Lagerstättentypen vorkommt; es findet sich in Skarnen [ 26 ] , hydrothermalen Lagerstätten [ 27 ] , Sedimentgesteinen [ 28 ] , vulkanogenen Massivsulfidlagerstätten (VMS) [ 29 ] , Lagerstätten vom Mississippi-Valley-Typ (MVT) [ 30 ] [ 31 ] , Granit [ 12 ] und Kohle [ 32 ] .

Sedimentäre Ausatmung

Etwa 50 % des Zinks (aus Sphalerit) und Bleis stammen aus sedimentären exhalativen (SEDEX) Lagerstätten. Diese schichtförmigen Blei-Zink-Sulfide bilden sich an hydrothermalen Quellen am Meeresboden. [ 33 ] Die Metalle fallen aus hydrothermalen Fluiden aus und sind in Schiefer, Karbonaten und organisch reichen Siltsteinen in Backarc-Becken und instabilen kontinentalen Grabenbrüchen eingelagert. [ 34 ] Die wichtigsten Erzminerale in SEDEX-Lagerstätten sind Sphalerit, Galenit, Pyrit, Pyrrhotin und Markasit , daneben kommen Sulfosalze wie Tetraedrit - Freibergit und Boulangerit in geringen Mengen vor; der Zink- und Bleigehalt liegt typischerweise zwischen 10 und 20 %. [ 34 ] Wichtige SEDEX-Minen sind Red Dog in Alaska , die Sullivan-Mine in British Columbia , Mount Isa und Broken Hill in Australien sowie Mehdiabad im Iran . [ 35 ]

Mississippi-Valley-Typ

Ähnlich wie SEDEX-Lagerstätten sind auch Mississippi-Valley-Lagerstätten (MVT) Blei-Zink-Lagerstätten, die Sphalerit enthalten. [ 36 ] Sie machen jedoch nur 15–20 % der Zink- und Bleivorkommen aus, sind 25 % kleiner als SEDEX-Lagerstätten und weisen niedrigere Gehalte von 5–10 % Pb + Zn auf. [ 34 ] MVT-Lagerstätten entstehen durch die Verdrängung von Karbonatgesteinen wie Dolomit und Kalkstein durch Erzminerale; sie befinden sich auf Plattformen und in Vorlandüberschiebungsgürteln. [ 34 ] Darüber hinaus sind sie schichtgebunden, typischerweise phanerozoischen Alters und epigenetisch (entstehen nach der Verfestigung der Karbonatgesteine). [ 37 ] Die Erzminerale sind dieselben wie bei SEDEX-Lagerstätten: Sphalerit, Galenit, Pyrit, Pyrrhotin und Markasit, mit geringen Anteilen an Sulfosalzen. [ 37 ] Zu den Minen, die MVT-Vorkommen enthalten, gehören Polaris in der kanadischen Arktis, der Mississippi River in den Vereinigten Staaten , Pine Point in den Nordwest-Territorien und Admiral Bay in Australien. [ 38 ]

Vulkanogenes massives Sulfid

Vulkanogene Massivsulfid-Lagerstätten (VMS) können reich an Kupfer und Zink (Cu-Zn) oder Zink, Blei und Kupfer (Zn-Pb-Cu) sein und machen 25 % der Zinkreserven aus. [ 34 ] Es gibt verschiedene Arten von VMS-Lagerstätten mit unterschiedlichen regionalen Gegebenheiten und Wirtsgesteinszusammensetzungen; gemeinsam ist, dass sie alle in submarinen Vulkaniten vorkommen. [ 33 ] Sie entstehen, indem Metalle wie Kupfer und Zink durch hydrothermale Fluide (modifiziertes Meerwasser) aus Vulkaniten der ozeanischen Kruste gelöst werden. Das metallgesättigte Fluid steigt durch Spalten und Verwerfungen an die Oberfläche, wo es abkühlt und die Metalle als VMS-Lagerstätte ablagert. [ 39 ] Die häufigsten Erzminerale sind Pyrit, Chalkopyrit, Sphalerit und Pyrrhotin. [ 34 ] Zu den Minen, die VMS-Vorkommen enthalten, gehören Kidd Creek in Ontario, Urals in Russland , Troodos in Zypern und Besshi in Japan . [ 40 ]

Ortschaften

Zu den wichtigsten Sphaleritproduzenten zählen die Vereinigten Staaten, Russland, Mexiko , Deutschland , Australien, Kanada , China , Irland , Peru , Kasachstan und England . [ 41 ] [ 42 ]

Zu den Quellen hochwertiger Kristalle gehören:

OrtLand
Freiberg , Sachsen , Neudorf , HarzDeutschland
Steinbruch Lengenbach , Binntal , WallisSchweiz
Horní Slavkov und PříbramTschechische Republik
RodnaRumänien
Madan, Provinz Smoljan , RhodopengebirgeBulgarien
Aliva-Mine, Picos de Europa -Gebirge, Provinz Kantabrien [Santander].Spanien
Alston Moor , CumbriaEngland
Dalnegorsk, Region PrimorjeRussland
Watson Lake , Yukon-TerritoriumKanada
Flin Flon , ManitobaKanada
Das Dreiländereck umfasst Lagerstätten in der Nähe von Baxter Springs ( Cherokee County, Kansas) , Joplin ( Jasper County, Missouri) und Picher ( Ottawa County, Oklahoma).UNS
Die Elmwood-Mine liegt in der Nähe von Carthage im Smith County, Tennessee.UNS
Eagle-Mine, Gilman-Distrikt, Eagle County, ColoradoUNS
Santa Eulalia, ChihuahuaMexiko
Naica , ChihuahuaMexiko
Cananea , SonoraMexiko
HuaronPeru
CasapalcaPeru
HuancavelicaPeru
ZinkgruvanSchweden

Verwendung

Metallerz

Sphalerit ist ein wichtiges Zinkerz; etwa 95 % des gesamten Primärzinks werden aus Sphalerit gewonnen. [ 43 ] Aufgrund seines variablen Spurenelementgehalts ist Sphalerit jedoch auch eine wichtige Quelle für verschiedene andere Metalle wie Cadmium, [ 44 ] Gallium, [ 45 ] Germanium [ 46 ] und Indium [ 47 ] , die Zink ersetzen. Das Erz wurde ursprünglich von den Bergleuten als „Blende“ (vom deutschen Wort für blind oder täuschend ) bezeichnet, da es Galenit ähnelt, aber kein Blei enthält. [ 21 ]

Messing und Bronze

Das Zink im Sphalerit wird zur Herstellung von Messing verwendet , einer Kupferlegierung mit 3–45 % Zink. [ 18 ] Die Hauptbestandteile der Legierungen von Messinggegenständen belegen, dass Sphalerit bereits im islamischen Mittelalter (7. bis 16. Jahrhundert n. Chr.) zur Messingherstellung genutzt wurde. [ 48 ] Sphalerit wurde möglicherweise auch im 12. und 13. Jahrhundert n. Chr. ( Jin-Dynastie ) in Nordchina beim Zementierungsprozess von Messing verwendet . [ 49 ] Neben Messing kann das Zink im Sphalerit auch zur Herstellung bestimmter Bronzesorten genutzt werden; Bronze besteht hauptsächlich aus Kupfer, das mit anderen Metallen wie Zinn, Zink, Blei, Nickel, Eisen und Arsen legiert ist. [ 50 ]

Facettierter Sphalerit, bekannt als Étoile des Asturies, einer der größten existierenden. Er stammt aus der Mine Aliva in Kantabrien (Spanien). Kantonales Geologisches Museum Lausanne.

Andere

  • Yule-Marmor – Sphalerit findet sich als Einschluss im Yule-Marmor, der als Baumaterial für das Lincoln Memorial und das Grabmal des unbekannten Soldaten verwendet wird . [ 51 ]
  • Verzinktes Eisen – Zink aus Sphalerit wird als Schutzbeschichtung verwendet, um Korrosion und Rost zu verhindern; es wird bei Stromübertragungstürmen, Nägeln und Automobilen eingesetzt. [ 42 ]
  • Batterien. [ 52 ]
  • Edelstein . – Sphalerit besitzt einen hohen Brechungsindex, ähnlich dem von Diamant, und eine noch größere Dispersion. Die gelblich-grüne oder intensiv orange Farbe der als Rubinblende bekannten Varietät ermöglicht das Schleifen wunderschöner Sammlerstücke. Die geringe Härte (3,5–4 auf der Mohs-Skala ) und die Sprödigkeit aufgrund seiner perfekten Spaltbarkeit erschweren die Verwendung in Schmuckstücken . Diese Spaltbarkeit mit sechs deutlich ausgeprägten Flächen macht auch das Facettieren schwierig. [ 53 ] Sphalerit in Edelsteinqualität wurde hauptsächlich in der Mine Áliva in den Picos de Europa (Spanien) abgebaut, ist aber gelegentlich auch an anderen Fundorten entdeckt worden. [ 54 ] [ 55 ]
  • Sphalerit und Baryt aus der Cumberland Mine, Tennessee, USA
    Sphalerit und Baryt aus der Cumberland Mine, Tennessee, USA
  • Sphalerit auf Dolomitgestein, aus dem Steinbruch Millersville, Ohio, USA
    Sphalerit auf Dolomitgestein, aus dem Steinbruch Millersville, Ohio, USA
  • Hellbrauner Kalzitkristall, der an einem Cluster schwarzer Sphaleritkristalle haftet
    Hellbrauner Kalzitkristall, der an einem Cluster schwarzer Sphaleritkristalle haftet
  • Scharfkantige, tetraedrische Sphaleritkristalle mit geringen Mengen an Chalkopyrit aus der Idarado-Mine, Telluride, Ouray District, Colorado, USA
    Scharfkantige, tetraedrische Sphaleritkristalle mit geringen Mengen an Chalkopyrit aus der Idarado-Mine, Telluride, Ouray District, Colorado, USA
  • Hochwertiger, verzwillingter, kirschroter Sphaleritkristall (1,8 cm) aus der Provinz Hunan, China
    Hochwertiger, verzwillingter, kirschroter Sphaleritkristall (1,8 cm) aus der Provinz Hunan, China
  • Sphaleritkristalle aus Áliva, Camaleño, Kantabrien (Spanien)
    Sphaleritkristalle aus Áliva, Camaleño, Kantabrien (Spanien)
  • Violetter Fluorit und Sphalerit aus der Elmwood-Mine, Smith County, Tennessee, USA
    Violetter Fluorit und Sphalerit aus der Elmwood-Mine, Smith County, Tennessee, USA
  • Sphaleritkristall in geodiertem Brachiopod
    Sphaleritkristall in geodiertem Brachiopod

Siehe auch

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Weiterführende Literatur

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  • Webster, R., Read, PG (Hrsg.) (2000). Edelsteine: Ihre Quellen, Beschreibungen und Identifizierung (5. Aufl.), S. 386. Butterworth-Heinemann, Großbritannien. ISBN 0-7506-1674-1