Reiner Fluorit ist farblos und transparent, durch Verunreinigungen auch grau. Er kann jedoch durch Fremdbeimengungen fast alle Farben, zumeist in schwacher Intensität, annehmen. Verbreitet sind grüne, violette bis schwarzviolette und gelbe Kristalle („Honigspat“), aber auch blaue, rote und braune Fluorite werden gefunden. Ebenso kann häufig ein zonarer Farbwechsel beobachtet werden. DieStrichfarbe ist dagegen immer Weiß.
Fluorit ist das Leitmineral (Skalamineral) derMohsschen Härteskala für die Härte 4.
Die seit 2001 gültige und von derInternational Mineralogical Association (IMA) verwendete9. Auflage der Strunzschen Mineralsystematik ordnet den Fluorit in die neue und präzisere Abteilung der „Einfachen Halogenide ohne H2O“ ein. Diese ist zudem weiter unterteilt nach dem Stoffmengenverhältnis vonKationen (M) undAnionen (X), so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „M : X = 1 : 2“ zu finden ist, wo es als Namensgeber die „Fluoritgruppe“ mit der System-Nr.3.AB.25 und den weiteren MitgliedernFluorocronit (IMA 2010-023), Frankdicksonit,Strontiofluorit (IMA 2009-014) bildet.
Die im englischen Sprachraum gebräuchlicheSystematik der Minerale nach Dana ordnet den Fluorit in die Klasse der „Halogenide (und Verwandte)“ und dort in die Abteilung der „Halogenide“ ein. Hier ist er namensgebendes Mineral der „Fluoritgruppe“ mit der System-Nr.09.02.01 und den weiteren Mitgliedern Frankdicksonit, Tveitit-(Y) und Strontiofluorit innerhalb der Unterabteilung der „Wasserfreien und wasserhaltigen Halogenide mit der Formel AX2“.
DieKristallstruktur von Fluorit wurde 1914 durchWilliam Henry Bragg und seinen SohnWilliam Lawrence Bragg überRöntgenbeugungsexperimente aufgeklärt.[4]Ca2+-Ionen bilden hier einekubischdichteste Kugelpackung, die einemkubisch flächenzentrierten Gitter (fcc,face centered cubic) entspricht. Die Flächenzentrierung derElementarzelle (siehe Bild links) kann auch aus dem Raumgruppensymbol abgelesen werden („F“). DieFluoridionen (F−) besetzen alleTetraederlücken der dichtesten Kugelpackung aus Calciumionen. Da in einer dichtesten Kugelpackung immer doppelt so viele Tetraederlücken wie Packungsteilchen enthalten sind, ergibt sich in der Struktur ein Calcium-Fluor-Verhältnis von 1:2, was sich auch in der chemischen Formel des Fluorits, CaF2, widerspiegelt. AlsKoordinationspolyeder ergibt sich für die Fluoridionen dadurch einTetraeder aus vier Calciumionen, die Calciumionen ihrerseits werden von acht Fluoratomen in Form einesWürfels umgeben. Die Kationen- und Anionen-Teilgitter sind nicht kommutativ, d. h. gegeneinander austauschbar. Die so genannte Fluorit-Struktur findet sich bei einer Reihe weiterer Salze, wie bei den Fluoriden SrF2, BaF2, CdF2, HgF2 und PbF2. Auch kommt die Fluorit-Struktur beispielsweise bei Li2O, Li2S, Na2O, Na2S, K2O, K2S, Rb2O und Rb2S vor. Seine Kristallstruktur istisotyp mitUraninit.
DieKristalltracht der Fluoritkristalle ist temperaturabhängig. So entstehen bei hohen Bildungstemperaturen vorwiegend Oktaeder {111}, bei mittleren Temperaturen eher Rhombendodekaeder {110} und bei niedrigen Temperaturen Würfel {100} als trachtbeherrschende Formen.[5]
Die Würfelflächen sind meist glatt und glänzend. Oktaeder- und Rhombendodekaederflächen erscheinen dagegen oft rau und matt und sind dann meist aus winzigen Würfelflächen zusammengesetzt. Bei den im Handel verbreiteten losen, oktaederförmigen Fluoritkristallen mit glatten glänzenden Flächen handelt es sich fast nie um in dieser Form gewachsene Kristalle, sondern um Spaltoktaeder.
Weiterhin bildet Fluorit kugelförmige und traubenförmige Aggregate, Krusten oder auch Stalaktiten. Als Besonderheit sind die Skalenoeder-Fluorite zu nennen, wie Funde aus der Flussspatgrube Cäcilia bei Freiung (GemeindeStulln in derOberpfalz) belegen. Bei genauerer Untersuchung stellte sich aber heraus, dass diese ebenfalls dem kubischen System zugeordnet werden müssen und nur durch Verätzung entstanden sind.[6]
ImDünnschliff unter dem Mikroskop ist Fluorit im linear-polarisierten Licht dadurch auffällig, dass er aufgrund seines relativ niedrigen Brechungsindexes gegenüber fast allen Begleitmineralien ein stark negatives Relief zeigt. Unter gekreuzten Polfiltern zeigt er als kubisch kristallisiertes Mineral Isotropie, d.h., er bleibt dunkel.[8]
Obwohl reines CaF2 farblos ist, gehört Fluorit zu den Mineralen mit den meisten Farbvariationen überhaupt. Die dunkle Färbung vieler Fluorite entsteht durch eingelagerte seltene Erden oder radioaktive Bestrahlung des Flussspats (Stinkspat), wobei auch eingewachsene Uranminerale die Färbung verstärken können.
Die Farbursachen sind vielfältig und nicht immer vollständig geklärt.[9] Färbend wirken zumeist Spurengehalte vonSeltenerdelementen, die oft erst durch radioaktive Bestrahlung zu färbenden Ionen ionisiert werden. Welche Seltenerdelemente hierbei ionisiert werden, kann von der Art der Bestrahlung abhängen. So können Fluorite bei gleichen Gehalten an Spurenelementen in der Umgebung von thoriumhaltigen Mineralen andere Farben entwickeln als in der Umgebung von uranhaltigen Mineralen. Weiterhin kann die Temperaturgeschichte die Farbe beeinflussen sowie der Einbau von Sauerstoffionen und OH− oder weiterer färbender Ionen. Spurengehalte nicht färbender Ionen wie Na+ oder Fe3+ stabilisieren färbende Gitterdefekte und beeinflussen so ebenfalls die Farbe.[10]
Gelb: Die Farbe gelber Fluorite beruht auf dem Einbau von O3− und O2− anstelle von zwei benachbarten F−-Ionen. Der Ladungsausgleich erfolgt über den Ersatz von Ca2+ durch Na+.[11]
Hellgrün: Die hellgrüne Farbe vieler Fluorite beruht auf Spurengehalten vonSm2+. Samarium (Sm) wird als Sm3+ anstelle von Ca2+ eingebaut. Die Reduktion zu Sm2+ erfolgt durch Aufnahme eines Elektrons, das bei derOxidation anderer Kationen durchionisierende Strahlung freigesetzt wird.[11]
Die Stabilität der grünen Farbe hängt davon ab, welche Kationen oxidiert werden. Unter reduzierenden Bedingungen gebildete Fluorite enthalten Spuren von Fe2+, das zu Fe3+ oxidiert werden kann und zusammen mit Samarium eine temperaturstabile grüne Farbe erzeugt. In unter eher oxidierenden Bedingungen gebildeten Fluoriten erfolgt die Erzeugung und Stabilisierung der grün färbenden Sm2+-Ionen durch Oxidation von Ce(Pr, Tb)3+ zu Ce(Pr, Tb)4+. Fluorite, die über diesen Mechanismus gefärbt sind, bleichen bei Tageslicht oder Erhitzung aus.[10]
Gelbgrün: Fluorite einiger Lokalitäten (z. B. Redruth in England) zeigen eine grüne bis gelbgrüne Färbung, die auf das gemeinsame Vorkommen von Spuren vonYttrium (Y3+) undCer (Ce3+) jeweils mit einemFarbzentrum (Leerstelle auf einer F−-Position, in der sich zwei Elektronen befinden) in direkter Nachbarschaft zurückzuführen ist.[11]
Hellblau: Fluorite, die nur Y3+ enthalten, zusammen mit einer Leerstelle auf einer F−-Position, in der sich zwei Elektronen befinden, sind hellblau gefärbt.[11]
Dunkelblau: Synthetische Fluorite können durch Bildung von kolloidalem Calcium (metallisch) intensiv blau bis violett gefärbt werden. Auch die blauviolette Farbe der natürlich vorkommenden „Blue John Fluorite“ ausCastleton beiDerbyshire inEngland wird darauf zurückgeführt.[11]
Violett: Die Ursache der verbreiteten violetten Färbung natürlicher Fluorite ist nicht abschließend geklärt. Aktuell gelten Elektronendefekte im Kristallgitter als wahrscheinlichste Ursache der violetten Farbe von Fluorit.[9]
Rosa, Rot: Die rosa bis rote Farbe von Fluoriten wird durch den Einbau von O23−-Molekülen verursacht, die durch benachbarte Y3+-Ionen stabilisiert werden.[11]
Als Stinkspat bezeichnet man eine dunkelviolette bis schwarze Varietät des Fluorits, die beim Zerkleinern einen stechenden Geruch entwickelt. Stinkspat kommt oft (aber nicht immer) zusammen mit Uranmineralien vor, die teilweise als feinste Partikel im Stinkspat eingeschlossen sein können. DieTyplokalität und bekannteste deutsche Fundstelle istWölsendorf in derOberpfalz.
Durch Reiben oder Schlagen des Kristalls wird gasförmiges giftigesFluor (F2) freigesetzt, welches den Geruch verursacht.
Die dunkelviolette bis schwarze Farbe hat mehrere Ursachen. Eine große Rolle spieltkolloidales metallisches Calcium, das zu einer dunkelblauen bis schwarzen Färbung führt. Hinzu kommen freie Elektronen auf leeren Fluorpositionen (F-Zentren), die typisch für violetten Fluorit sind.
Alle diese Eigenschaften des Stinkspates haben ihre Ursache in radioaktiver Bestrahlung des Fluorits. Stinkspat tritt typischerweise zusammen mit uranhaltigen Mineralen auf. Das darin enthalteneUran undThorium zerfallen und geben dabei Gammastrahlung ab. Diese Strahlung setzt Elektronen aus den F−-Ionen frei und es bildet sich ein H-Zentrum, ein neutrales Fluoratom auf einer ansonsten leeren Gitterposition, das eine Atombindung zu einem benachbarten F−-Ion ausbildet. Die freigesetzten Elektronen werden von Gitterfehlstellen, leeren Fluorpositionen, eingefangen und bilden dortF-Zentren, einzelne Elektronen auf einer F−-Position, die von 4 Ca2+-Ionen umgeben sind. Diese F-Zentren sind nicht ortsstabil. Sie diffundieren durch das Kristallgitter und verbinden sich mit weiteren F-Zentren zu fluorfreien Ca-Nanopartikeln mit 5 bis 30 nm Durchmesser. Diese Cluster werden auch als „kolloidales Ca“ bezeichnet und tragen zur blauschwarzen Farbe des Stinkspates bei.[12][13]
Bisher sind mehrere Varietäten von Fluorit bekannt, bei denen geringe Anteile des Calciums durch seltene Erden wieCer undYttrium ersetzt sind:
Yttrofluorit (1911[14]) undCerfluorit wurden vonThorolf Vogt zunächst als neue Mineralarten aus dem nördlichen Norwegen beschrieben. Nach weitergehenden Schmelzfluss-Analysen 1913 durchGustav Tammann und Vogt wurde festgestellt, dass Fluorit bis zu 50 Gewichts-%Yttriumfluorid (YF3,Yttrofluorit) und bis zu 55,8 %Cer(III)-fluorid (CeF3,Cerfluorit) enthalten kann. Es besteht daher theoretisch ein Dreistoff-Mischkristallsystem, wobei allerdings die idealisierten Zusammensetzungen YF3 und CeF3 bisher nur synthetisch bekannt und nur bis zu den oben genannten prozentualen Anteilen von Fluorit untersucht wurden.[15] Weder Cerfluorit noch Yttrofluorit wurden bisher in einer für eine Anerkennung durch dieInternational Mineralogical Association (IMA) ausreichend hohen Stoffreinheit in der Natur entdeckt.Yttrofluorit wurde 2006 offiziell von der IMA diskreditiert, Cerfluorit dagegen noch bis 2009 als hypothetisches Mineral in der IMA-Mineralliste geführt.[16]
Yttrocerit wurde 1815 vonJohan Gottlieb Gahn undJöns Jakob Berzelius als Mineral beschrieben;[17] Vogt hielt jedoch 1913 in seinen Analyseergebnissen fest, dass es sich hierbei um ein Gemisch ausYttrofluorit undCerfluorit handelt.[15]
Fluorit kommt meistderb, gelegentlich auch inidiomorpher Form vor, und ist oft mitBaryt,Quarz,Topas,Calcit,Bleiglanz undZinkblende assoziiert. Hydrothermale Gänge, in denen Fluorit die Gangart bildet, stellen die kommerziell bedeutendste Art seines Vorkommens dar. Daneben sind durchMetasomatose gebildete Lagerstätten von Bedeutung, wobei für manche Vorkommen in Sedimentgesteinen auch eine synsedimentäre Bildung in Betracht gezogen wird.[18] Ansonsten ist er als gesteinsbildendes Mineral selten und findet sich nur gelegentlich auch Nebengemengteil in fluorhaltigenGreisen, daneben inGraniten,Karbonatiten und anderen magmatischen Gesteinen wiePegmatiten.
Der weltweit größte Flussspat-Bergbau findet sich in Mexiko, in der Lagerstätte Las Cuevas, die vulkanischen Ursprungs ist. Weitere reichhaltige Flussspat-Lagerstätten liegen in China, im indischenAmba Dongar, in Südafrika (Zwartkloof sowie Witkop imTransvaal), in Namibia (Okorusu), im kenianischenKario Valley und in den US-amerikanischen BundesstaatenIllinois undKentucky.Eine bekannte Fundstätte des Flussspats in Europa sind die Berge und Höhlen umCastleton, im englischenPeak District, wo es unter dem Namen „Blue John“ bekannt ist und für die Schmuckherstellung abgebaut wird. Der Name ist eine Verballhornung des Französischen „bleu et jaune“, bedeutet also etwa „blau-gelb“.
Mit Abstand größter Flussspatproduzent im Jahr 2020 war China auf das ca. 65 % des Weltmarktanteils entfielen, gefolgt von Mexiko mit 11 % Anteil. Durch das Erschließen neuer Minen in Kanada, Südafrika und der Mongolei sollten die verfügbaren Mengen noch gesteigert worden sein. Flussspat ist häufig in Phosphatgestein enthalten. Es wird angenommen, dass die weltweit geschätzten Phosphatreserven von 71 Mrd. t ca. 5 Mrd. t Flussspatequivalent enthalten. Einen Überblick über die globalen Abbaumengen gibt die folgende Tabelle:[22]
alskeramischer Spat in der Glasindustrie als Fluss- und Trübungsmittel für z. B.Milchglas, Mattglas undopaleszierende Gläser, fürkeramische Werkstoffe und als Grundstoff für optischeLinsen (CaF2-Einkristalle, Fluoridgläser auf Basis vonBerylliumfluorid, Fluorit, undNatriumfluorid). Durch die Eigenschaft, das Lichtspektrum gleichmäßig zu brechen, lässt sich diechromatische Aberration von Objektiven ausgleichen. Problematisch ist hier, dass für Hochleistungsobjektive besonders große Kristalle benötigt werden, diese werden künstlich gezüchtet. Kristalle dieser Größe haben die Eigenschaft, sich durch Hitze (durch Sonneneinstrahlung) bereits derart zu verziehen, dass sie die Rechnung der Optik signifikant verändern.
Aus grünem Fluorit geschnittenes SchweinBlauer Fluorit: Rohstein und geschliffen (Achteck,Smaragdschliff)
Aufgrund seiner eher geringen Härte und vollkommenen Spaltbarkeit ist Fluorit alsSchmuckstein für die gewerblicheSchmuckindustrie eher uninteressant. Gelegentlich wird er vonGlyptikern und Hobbyschleifern zu kleinen, kunstgewerblichen Gegenständen oderfacettierten Schmucksteinen verarbeitet.[24]
Da er aber durch seine Farbenvielfalt mit vielen Edelstein-Mineralen verwechselt werden kann, dient er oft als Grundlage fürImitationen. Um die Farben zu verändern, wird Fluorit entweder gebrannt oder bestrahlt. Zum Schutz vor Beschädigung oder um Schäden durch Spaltrisse zu überdecken, werden Schmucksteine aus Fluorit oft mit Kunstharz stabilisiert[25] (siehe auchSchmuckstein).
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