Kryolith

Sicherheitshinweise

Name

Natriumhexafluoroaluminat, Kryolith

CAS-Nummer

15096-52-3

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung

Gefahr

H- und P-Sätze

Gesundheitsschädlich bei Einatmen.
Schädigt die Organe (alle betroffenen Organe nennen) bei längerer oder wiederholter Exposition (Expositionsweg angeben, wenn schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).
Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.

P: Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol nicht einatmen.

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

Kryolith
Kryolith mit Siderit, Galenit und Chalkopyrit aus Ivigtut, Grönland
Allgemeines und Klassifikation
Chemische Formel	α-Na₂^[8]Na^[6][AlF₆]^[Strunz] 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/n (Nr. 14, Stellung 2)
Gitterparameter	a = 5,40 Å; b = 5,60 Å; c = 7,76 Å β = 90,3°
Formeleinheiten	Z = 2
Zwillingsbildung	häufig nach {110}, Durchdringungs-, Wiederholungs- und polysynthetische Zwillinge
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	2,5
Dichte (g/cm³)	gemessen: 2,97; berechnet: 2,973(2)
Spaltbarkeit	keine; Absonderungen nach {001} und {110}
Bruch; Tenazität	uneben; spröde
Farbe	weiß, braun, grau, braun-schwarz, rötlich
Strichfarbe	weiß
Transparenz	durchsichtig bis durchscheinend
Glanz	feuchter Glasglanz, Fettglanz, Perlmuttglanz
Kristalloptik
Brechungsindizes	n_α = 1,339 n_β = 1,339 n_γ = 1,340
Doppelbrechung	δ = 0,001
Optischer Charakter	zweiachsig positiv
Achsenwinkel	2V = 43°
Pleochroismus	keiner
Weitere Eigenschaften
Besondere Merkmale	schwache Thermolumineszenz; gelbe Fluoreszenz unter UV-Licht

Etymologie und Geschichte

Kryolithmine in Ivittuut (Grönland) im Sommer 1940

Erstmals gefunden und beschrieben wurde Kryolith 1799 in Ivittuut in Grönland von Peder Christian Abildgaard (1740–1801). Er benannte das Mineral aufgrund seines charakteristischen Aussehens nach den griechischen Worten κρύος [krýos] „Frost, Eis“ und λίθος [lítʰos] „Stein“, zusammengesetzt also „Eis-Stein“.

Klassifikation

Bereits in der veralteten, aber teilweise noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Kryolith zur Mineralklasse der „Halogenide“ und dort zur Abteilung der „Doppelhalogenide mit [BF₄]¹⁻, [SiF₆]²⁻ und [AlF₆]³⁻“, wo er zusammen mit Elpasolith die „Kryolith-Elpasolith-Gruppe“ mit der System-Nr. III/B.03 und den weiteren Mitgliedern Bøgvadit, Calcjarlit, Colquiriit, Jarlit, Jørgensenit, Kryolithionit und Simmonsit bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Kryolith ebenfalls in die Klasse der „Halogenide“, dort allerdings in die Abteilung der „Komplexen Halogenide“ ein. Diese ist zudem weiter unterteilt nach der Art der Kristallstruktur, so dass das Mineral entsprechend seinem Aufbau in der Unterabteilung „Insel-Aluminofluoride (Neso-Aluminofluoride)“ zu finden ist, wo es als alleiniger Namensgeber die „Kryolithgruppe“ mit der System-Nr. 3.CB.15 und den weiteren Mitgliedern Elpasolith und Simmonsit bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Kryolith in die Klasse der „Halogenide“ und dort in die Abteilung der „Komplexe Halogenide – Aluminiumfluoride“ ein. Auch hier ist er namensgebend in der „Kryolithgruppe“ mit der System-Nr. 11.06.01 innerhalb der Unterabteilung „Komplexe Halogenide - Aluminiumfluoride mit verschiedenen Formeln“ zu finden.

Kristallstruktur

Elementarzelle von Kryolith bei Raumtemperatur, projiziert auf die Ebene a–c

Kryolith kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P2₁/n (Raumgruppen-Nr. 14, Stellung 2) mit den Gitterparametern a = 5,40 Å; b = 5,60 Å, c = 7,76 Å und β = 90,3 ° sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle. Hierbei kommt es zu einer Gitterverzerrung.

Die Kristallstruktur von Kryolith besteht aus einem prismenförmigen Parallelepiped mit [AlF₆]^3--Oktaedern, die inselartig an den Ecken und im Zentrum des Prismas sitzen. Die Na⁺-Ionen besetzen die Mitten der Basis- und Prismenflächen sowie die Mitten der Prismenkanten.

Eigenschaften

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).

Kryolith schmilzt sehr leicht und ist in konzentrierter Schwefelsäure vollständig lösbar, in Salzsäure dagegen nur teilweise.

Das Mineral hat schwache thermolumineszente Eigenschaften und leuchtet unter UV-Licht gelb fluoreszierend auf, wobei die Fluoreszenz umso intensiver wirkt, je kurzwelliger das UV-Licht ist.

Bildung und Fundorte

Kryolith bildet sich als Gangmineral vor allem in zinnführenden Granit-Pegmatiten und in fluoritreichen, topashaltigen Rhyolithen.

Der wichtigste abbauwürdige Fundort Ivittuut in Grönland ist inzwischen erschöpft. Abgebaut wurde Kryolith dort zwischen 1865 und 1987. Daneben wurde das Mineral noch an folgenden Orten entdeckt:

in nördlichen und südlichen Regionen von Brasilien;
Sachsen in Deutschland;
Québec in Kanada;
bei Semei in Kasachstan;
Khomas und Kunene in Namibia;
Bauchiplateau in Nigeria;
Oppland in Norwegen;
die Regionen Ostsibirien, Nordwestrussland und Ural in Russland;
Aragonien in Spanien;
Böhmen in Tschechien;
Oblast Schytomyr in der Ukraine; sowie
mehrere Regionen in den USA.

Synthetische Herstellung

Die Synthese erfolgt aus Hexafluoridokieselsäure, Natrium- und Aluminiumhydroxid.

${\mathrm {H_{2}SiF_{6}+6\ NH_{3}+2\ H_{2}O\longrightarrow 6\ NH_{4}F+SiO_{2}}}$

${\mathrm {6\ NH_{4}F+3\ NaOH+Al(OH)_{3}\longrightarrow Na_{3}[AlF_{6}]+6\ NH_{3}+6\ H_{2}O}}$

Verwendung

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]. 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

Das Mineral bzw. die chemische Verbindung wird als gesundheitsgefährdend und umweltgefährlich eingestuft. Gesundheitsschädlich ist vor allem das Einatmen und Verschlucken von Kryolithteilchen, die akut zu Beschwerden im Atemtrakt mit funktioneller Dyspnoe (erschwerte Atemtätigkeit) und schließlich Lungenemphysem (Überblähung der Lungenbläschen) führen können. Des Weiteren sind Appetitlosigkeit, Übelkeit, Erbrechen und Verstopfung die Folge.

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

Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de