Pyrit

Pyrit
Würfelförmiger Pyrit, Navajún, La Rioja, Spanien
Andere Namen	Eisenkies Katzengold, Narrengold Schwefelkies
Chemische Formel	FeS₂
Mineralklasse	Sulfide und Sulfosalze 2.EB.05 (8. Auflage: II/D.17) nach Strunz 02.12.01.01 nach Dana
Kristallsystem	kubisch
Kristallklasse; Symbol nach Hermann-Mauguin	disdodekaedrisch; 2/m3
Raumgruppe (Raumgruppen-Nr.)	Pa3 (Raumgruppen-Nr. 205)
Farbe	Kupfer- bis Goldgelb
Strichfarbe	Grün- bis bläulichschwarz
Mohshärte	6 bis 6,5
Dichte (g/cm³)	4,95 bis 5,2
Glanz	Metallglanz
Transparenz	undurchsichtig
Spaltbarkeit	undeutlich nach {001}
Bruch	muschelig, spröde
Habitus	würfelig, z.T. oktaedrisch und pentagondodekaedrisch
Zwillingsbildung	Durchdringungszwillinge, Zwillingsachse [001]
Weitere Eigenschaften
Chemisches Verhalten	Löslich in verschiedenen Säuren; Zersetzung beim Erhitzen auf über 743 °C
Magnetismus	magnetisch durch Erhitzen
Besondere Kennzeichen	Streifung auf Würfelflächen

Pyrit, auch als Schwefelkies, Katzengold oder Narrengold bekannt, ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“. Chemisch gesehen ist es die kubische Modifikation des Eisen(II)-disulfids mit der chemischen Zusammensetzung FeS₂, besteht also aus Eisen und Schwefel im Verhältnis von 1 zu 2.

Pyrit ist in jeder Form undurchsichtig (opak) und entwickelt überwiegend idiomorphe Kristalle in der Form von Würfeln oder Pentagondodekaedern. Auch Oktaeder und Disdodekaeder sind verbreitet sowie Kombinationen zwischen diesen Formen. Die Kristallflächen zeigen durch Zwillingsbildung oft eine charakteristische Streifung und in frischem Zustand einen lebhaften Metallglanz.

Mit einer Mohshärte von 6 bis 6,5 gehört Pyrit zu den harten Mineralen, die sich ähnlich wie das Referenzmineral Orthoklas (6) gerade noch mit einer Stahlfeile ritzen lassen.

Besondere Eigenschaften

Strichtafel mit Pyrit (links) und Rhodochrosit (rechts)

Aufgrund seines metallischen Glanzes und seiner goldenen Farbe wurde und wird Pyrit häufig mit Gold verwechselt. Anders als echtes Gold ist Pyrit allerdings nicht formbar und wesentlich härter als das Edelmetall. Zudem hinterlässt Pyrit auf der Strichtafel einen deutlichen schwarzen Strich (mit gelegentlichem Stich ins grünliche oder bläuliche), Gold dagegen einen goldfarbigen.

Allerdings kann Pyrit an einigen Fundstätten tatsächlich winzige Mengen Gold enthalten, die es zu einem wirtschaftlich abbaubaren Golderz machen können.

Pyrit ist löslich in Salpetersäure, konzentrierter Salzsäure sowie in heißer konzentrierter Schwefelsäure. Beim Erhitzen auf über 743 °C zersetzt sich das Mineral. Ab einer Temperatur von 570 °C wandelt sich Pyrit in Pyrrhotin um.

Pyrit ist ein natürlicher Halbleiter, dessen Energielücke zwischen Valenzband und Leitungsband durch Einbau von Fremdatomen herabgesetzt ist. Eine Dotierung mit Arsen führt zu einem p-Halbleiter. Die Bandlücke liegt zwischen 0,8 und 1,8 eV. Ob es sich dabei um direkte oder indirekte Bandkantenübergänge handelt, ist noch unklar. Für den indirekten Übergang wird meist eine Energie von 0,95 eV angegeben.

Aufgrund ihrer halbleitenden Eigenschaft wurden natürliche Pyrit-Stücke früher in Detektorempfängern als Kristalldetektor zur Demodulation verwendet. Durch Kontaktierung von Hand nach dem Prinzip einer Spitzendiode suchte man mit einer Nadel eine als Diode geeignete Region auf dem Stein.

Die Dielektrizitätskonstante $\varepsilon$ von Pyrit beträgt 20,8.

Etymologie und Geschichte

Der Name Pyrit stammt aus dem griechischen πυρ pyr für Feuer. Mit einem harten Feuerstein lassen sich Pyrit-Splitter abschlagen, die sich entzünden und verbrennen:

$\mathrm{4\ FeS_2 + 11\ O_2 \longrightarrow 2\ Fe_2O_3 + 8\ SO_2}$

Diese Eigenschaft wurde bereits in der Steinzeit genutzt, um Feuer zu entfachen.

Sein verlockender, aber trügerischer goldener Glanz brachte dem Pyrit den volkstümlichen Namen Katzengold ein, was sich von dem Wort „Ketzer“ ableitet. Im englischen Sprachraum wird es fool's gold genannt, also „Narrengold“. Pyrit wird auch im Deutschen als Narrengold bezeichnet, allerdings weitaus seltener. Möglicherweise wurde der Begriff aus dem Englischen übernommen.

Lange wurden Pyrit und Markasit für dasselbe Mineral gehalten; beide wurden in der Literatur oft als Schwefelkies oder auch Eisenkies, parallel auch als Markasit bezeichnet. Mitte des 19. Jahrhunderts wurde erkannt, dass der Schwefelkies tatsächlich aus zwei verschiedenen, wenn auch sehr ähnlichen Mineralen bestand. Seitdem werden Pyrit und Markasit als eigenständige Minerale geführt.

Klassifikation

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Pyrit zur Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort zur Abteilung der „Sulfide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : Schwefel, Selen, Tellur < 1 : 1“, wo er Namensgeber der „Pyrit-Gruppe“ mit der System-Nr. II/D.17 und den weiteren Mitgliedern Aurostibit, Cattierit, Changchengit, Dzharkenit, Erlichmanit, Fukuchilit, Geversit, Hauerit, Insizwait, Kruťait, Laurit, Maslovit, Mayingit, Michenerit, Padmait, Penroseit, Sperrylith, Testibiopalladit, Trogtalit, Vaesit und Villamaninit ist.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz'schen Mineralsystematik ordnet den Pyrit ebenfalls in die Klasse der „Sulfide und Sulfosalze“ (allerdings erweitert um die Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonide, Bismutide, Sulfarsenite, Sulfantimonite, Sulfbismuthite) und dort in die Abteilung der „Metallsulfide mit dem Stoffmengenverhältnis M : S ≤ 1 : 2“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach dem genauen Stoffmengenverhältnis und den in der Verbindung dominierenden Metallionen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „M : S = 1 : 2, mit Fe, Co, Ni, PGE usw.“ zu finden ist, wo es ebenfalls Namensgeber der nach wie vor existierenden „Pyrit-Ggruppe“ mit der System-Nr. 2.EB.05 und den weiteren Mitgliedern Aurostibit, Bambollait, Beta-Iridisit, Cattierit, Dzharkenit, Erlichmanit, Fukuchilit, Gaotaiit, Geversit, Hauerit, Insizwait, Kruťait, Laurit, Penroseit, Sperrylith, Trogtalit, Vaesit und Villamanínit ist.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Pyrit in die Klasse der „Sulfide und Sulfosalze“ und dort in die Abteilung der „Sulfidminerale“ ein. Auch hier bildet er namensgebend die „Pyrit-Gruppe (Isometrisch: Pa3)“ mit der System-Nr. 02.12.01 und den weiteren Mitgliedern Aurostibit, Cattierit, Dzharkenit, Erlichmanit, Fukuchilit, Gaotaiit, Geversit, Hauerit, Insizwait, Kruťait, Krutovit, Laurit, Mayingit, Penroseit, Sperrylith, Trogtalit, Vaesit und Villamanínit innerhalb der Unterabteilung „Sulfide – einschließlich Seleniden und Telluriden – mit der Zusammensetzung A_mB_nX_p, mit (m+n) : p = 1 : 2“.

Modifikationen und Varietäten

Die Verbindung FeS₂ ist dimorph, das heißt sie kommt neben dem kubisch kristallisierenden Pyrit noch als orthorhombisch kristallisierender Markasit vor.

Bravoit ist eine nickelhaltige Varietät von Pyrit.

Bildung und Fundorte

Pyrit als „Muschelabdruck“ auf fossilem organischem Sedimentmaterial, sauerstofffreier Grundwasserleiter, Tiefe: 17,5 m, Bildbreite: 23 mm

Pyrit in Schiefer

Eisernes Kreuz aus Vlotho, Nordrhein-Westfalen

Pyrit ist bei weitem das meistverbreitete Sulfidmineral; er ist Bestandteil der meisten Sulfidlagerstätten und Beimineral der meisten mafischen Gesteine. Auch in Hydrothermaladern, wo es durch Kristallisierung eisensulfidhaltiger Lösungen entstehen kann, findet es sich. Die Weichteile von Tieren werden in stagnierenden sauerstofffreien schlammigen Milieus oft durch Pyrit ersetzt, so dass Pyrit auch in Sedimentgesteinen auftritt. Schwefelreduzierende Bakterien sind hier für die Ablagerung kleinster Kristalle verantwortlich, die sich dann bei Verdichtung der Ablagerungen zu Gestein wandeln. Bei stärkerer Komprimierung kann Pyrit zu größeren Kristallen wachsen und sogar Muschelschalen oder Knochen ersetzen. Auf diese Weise können Fossilien komplett umgewandelt werden. Ein Beispiel hierfür sind die als Goldschnecken bezeichneten Ammoniten des Jura der Fränkischen Alb. Unter Sauerstoffeinfluss an der Erdoberfläche verwittert Pyrit über mehrere Zwischenstufen zu Eisenoxidhydrat (Limonit oder Brauneisenerz).

Schließlich kommt Pyrit auch in Braun- und Steinkohle sowie in sauerstofffreien Grundwasserleitern vor. Es ist in dieser Umgebung meist schlecht kristallisiert und sehr oxidationsempfindlich.

Weltweit konnte Pyrit bisher (Stand: 2011) an rund 30.000 Fundorten nachgewiesen werden, davon enthalten viele Vorkommen teilweise große Pyritmassen („Kieskörper“). Die größten Pyritwürfel mit einer Kantenlänge von bis zu 30 cm wurden in Climax im US-Bundesstaat Colorado gefunden. Gut kristallisierten Pyrit mit bis zu 20 cm Durchmesser trat unter anderem in Rio Marina auf der Insel Elba in Italien sowie in der „Sámo Mine“ bei Hnúšťa in der Slowakei auf, und bis etwa 15 cm große Kristalle traten in Huallanca (Huánuco) und Santiago de Chuco in Peru zutage.

Berühmtheit besitzen auch die als „Eisernes Kreuz“ bezeichneten Kristallzwillinge, zwei nach dem Pyritgesetz verwachsene Pentagondodekaeder, aus dem Weserbergland, der Umgebung von Vlotho und im Extertal in Deutschland. Ebenfalls bekannt ist Nanisivik in Kanada mit seinen Funden komplexer Kristallkombinationen.

Mit zu den größten Lagerstätten gehören Minas de Riotinto, wo der Pyrit in Form feinkörniger Ablagerung mit einer geschätzten Masse von etwa einer Milliarde Tonnen vorliegt, sowie der ebenfalls in Spanien gelegene Ort Navajún (La Rioja), wo die größte gefundene Würfelform etwa 8 cm groß war.

Bis 1992 lag eines der wichtigsten großbetrieblich ausgebeuteten Vorkommen in Deutschland bei Meggen im Sauerland (Nordrhein-Westfalen). Weitere Fundregionen sind unter anderem der Schwarzwald in Baden-Württemberg, Fichtelgebirge und Spessart in Bayern, Brandenburg, Dillkreis und Odenwald in Hessen, der Harz von Niedersachsen bis Sachsen-Anhalt, Mecklenburg-Vorpommern, die Eifel von Nordrhein-Westfalen bis Rheinland-Pfalz, das Saarland, das Erzgebirge Sachsen, Schleswig-Holstein und Thüringen.

In Österreich konnte Pyrit an verschiedenen Orten in allen Bundesländern nachgewiesen werden. In der Schweiz trat das Mineral vor allem in den Kantonen Aargau, Bern, Graubünden, Tessin, Uri, Waadt und Wallis auf.

Auch in Gesteinsproben des mittelatlantischen Rückens, des Zentralindischen Rückens, des Ostpazifischen Rückens, vom Chinesischen, Japanischen und Ochotskischen Meer sowie außerhalb der Erde auf dem Mond (Luna 20) fand man Pyrit.

An verschiedenen Fundstellen wurden zudem Schwefelkiesknollen mit Bearbeitungsspuren entdeckt, die verschiedenen Epochen der Steinzeit zugeordnet werden konnten. So sollen unter anderem Funde aus der Vogelherdhöhle bei Niederstotzingen (Baden-Württemberg) in Deutschland, einer Grotte bei Les Eyzies-de-Tayac-Sireuil und dem Grand Abri bei Laussel im französischen Département Dordogne sowie die Grotte du Bois Laiterie in der Gemeinde Profondeville und Trou de Chaleux bei Hulsonniaux (Gemeinde Houyet) in Belgien aus dem Jungpaläolithikum; bei Trou al’Wesse in der belgischen Gemeinde Modave aus dem Mesolithikum sowie bei Robenhausen, Feldmeilen-Vorderfeld, Wollishofen-Haumesser (Kanton Zürich) und Muntelier (Kanton Freiburg) in der Schweiz und vom Lac de Chalain (Département Jura), nahe Gisement des Baigneurs in der Gemeinde Charavines (Département Isère) und nahe Beg-er-Goalennec bei Quiberon (Département Morbihan) in Frankreich aus dem Neolithikum stammen.

Morphologie

Pyrit kommt für gewöhnlich in derben, körnigen Massen vor oder bildet kugel- bis himbeerförmige, konzentrisch schalige Aggregate. Scheibenförmig radialstrahlige Aggregate (Pyritsonnen) bilden sich sedimentär.

Gut ausgebildete Kristalle sind häufig und können über 25 cm groß werden. Über 60 Formen sind bekannt. Die häufigsten Formen sind der Würfel {100}, das Pentagondodekaeder {210} und der Oktaeder {111} sowie deren Kombinationen. Das Pentagondodekaeder findet sich vorwiegend bei Pyritkristallen und daher wird diese Form auch Pyritoeder genannt. Seltener und meist nur in Kombination mit anderen Formen findet man das Rhombendodekaeder {110}, Trapezoeder {221} und das Diploid {321}. Sehr selten sind gebogene leistenförmige Kristalle.

Würfel {100}
Würfel, plattig verzerrt
Pentagondodekaeder (Pyritoeder) {210}
Oktaeder {111}
Kuboktaeder, Kombination aus {100} und {111}
Kombination aus {210} und {111}
Kombination aus {210} und {100}
Kombination aus {111}, {100} und {110}
leistenförmiger Pyrit
Brachiopode, ersetzt durch Pyrit
Pyritkugel
Knollig-kugelige Pyrit-Limonit-Konkretion (Handelsname Bojistein)
Pyritsonne

Kristallstruktur

Kristallographische Daten
Elementarzelle von Pyrit
Kristallsystem	kubisch
Raumgruppe	Pa3
Gitterparameter (Elementarzelle)	a = 5,42 Å
Zahl (Z) der Formeleinheiten	Z = 4

Pyrit kristallisiert in der kubisch-disdodekaedrischen Kristallklasse in der Raumgruppe Pa3 (Raumgruppen-Nr. 205) mit dem Gitterparameter a = 5,42 Å (542 pm ) sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.

Strukturell ähnelt der Pyrit sehr stark dem Halit (auch Natriumchlorid, NaCl), wobei allerdings die einfach positiv geladenen Natriumionen durch Eisenionen und die einfach negativ geladenen Chlorionen durch hantelförmige S₂-Gruppen, ein Disulfid-Ion, das strukturell dem Peroxid-Ion entspricht, ersetzt sind. Die Hantelachsen sind jeweils parallel zu den 3-zähligen Drehachsen ausgerichtet, jedoch in unterschiedlicher Orientierung, was zu einer Erniedrigung der Symmetrie führt. Innerhalb der "Schwefelhantel" herrscht Atombindung, zwischen Schwefel und Eisen dagegen Ionenbindung.

Verwendung

Rohstoff

Wirtschaftlich wurde Pyrit zur Gewinnung von Schwefelsäure abgebaut, gelegentlich auch zur Eisengewinnung. Der bei der Schwefelsäuregewinnung übrigbleibende Rückstand, das sogenannte Purpurerz (Fe₂O₃) oder auch Kiesabbrand, wird in Hochöfen zu Eisen verarbeitet. Des Weiteren findet Kiesabbrand auch als Poliermittel und Farbengrundstoff Verwendung.

Bei Kupferanteilen über 0,5 % wird auch Kupfer gewonnen. Die Goldgewinnung lohnt sich allerdings nur bei örtlicher Anreicherung.

Im Jahr 1999 wurden in Europa nur noch ca. drei Millionen Tonnen Pyrit zur Schwefelsäuregewinnung geröstet, der größere Anteil Schwefelsäure wird inzwischen aus der Entschwefelung fossiler Brennstoffe und anderer Abgase erhalten.

Schmuckstein

Pyritzwilling als Anhänger

Pyrit gehört zwar zur Gruppe des Trauerschmucks, wird aber auch bei anderen Gelegenheiten getragen und zu Schmucksteinen meist in natürlicher Form als Anhänger oder Brosche verarbeitet, aber auch geschliffen unter anderem als Ringstein oder Halskette. Allerdings ist Pyrit als Trageschmuck nicht besonders geeignet, da er empfindlich gegenüber Wärmeeinwirkung ist, was schon beim Fassen Probleme bereitet. Aufgrund seiner Empfindlichkeit gegenüber Säuren "erblinden" die Kristallflächen mit der Zeit. Da Pyrit dem Markasit sehr ähnlich ist, gelangt er oft unter dieser fälschlichen Bezeichnung in den Handel. Markasit ist allerdings noch empfindlicher und zerfällt nach einigen Jahren.

Bedeutung für die Umwelt

Der in Braunkohle und Steinkohle enthaltene Pyrit und andere Schwefelverbindungen geben im Verbrennungsprozess den enthaltenen Schwefel als Schwefeldioxid (SO₂) an die Rauchgase ab. Wenn dieses Gas in die Atmosphäre gelangt, bildet sich in Wassertröpfchen Schweflige Säure, die wesentlich zum Entstehen des „sauren Regens“ beiträgt. Durch Maßnahmen der Rauchgasentschwefelung kann das Schwefeldioxid heute weitgehend zurückgehalten werden.

Auch der in grundwasserführenden Schichten enthaltene Pyrit kann in Gegenwart von Sauerstoff oxidiert werden. Diese Oxidation wird überwiegend durch Bakterien katalysiert. Eine große Bedeutung hat die Oxidation des Pyrits durch denitrifizierende, eisen- und schwefeloxidierende Bakterien mit Nitrat als mittelbarem Oxidationsmittel. Dies ist ein aus mehreren abiotischen und bakteriellen Redoxreaktionen bestehender Prozess, bei dem letztlich der Sulfidschwefel des Pyrits zu Sulfat (SO₄²⁻) oxidiert wird und Nitrat zu elementarem, molekularem Stickstoff (N₂) reduziert wird. Man bezeichnet diesen Vorgang als „Denitrifikation“ durch Pyrit. In den Wassergewinnungsgebieten der Stadtwerke Hannover AG werden auf diese Weise jährlich größenordnungsmäßig 1000 Tonnen Pyrit umgesetzt.

Da nach der Trinkwasserverordnung der Grenzwert für Nitrat mit 50 mg/l niedriger ist als der für Sulfat mit 240 mg/l, bedeutet die Denitrifikation durch Pyrit im Hinblick auf die Einhaltung des Nitratgrenzwertes eine Entlastung. Das im Pyrit enthaltene Eisen und andere metallische Begleitelemente wie Mangan oder Nickel können teilweise in das Wasser übertreten und müssen bei der Trinkwasseraufbereitung eliminiert werden.

Der in der Braunkohle enthaltene Pyrit ist eine der Voraussetzungen für die Übersäuerung von Restlöchern z.B. in der Lausitz durch Saure Haldenwässer.

Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de