Magnetit und Hämatit

Die Minerale Magnetit und Hämatit (Abb. 1) sind die wichtigsten Eisenerze und damit von großer Bedeutung für die Stahlherstellung. Eisen ist kein seltenes Element. Die Erdkruste enthält im Mittel 5 %, Lagerstätten verfügen aber im Allgemeinen über 30 % und gelegentlich sogar über 70 % Eisen. Magnetit (Magneteisenerz) ist von allen Eisenerzen jenes mit dem höchsten Eisenteil (ca. 72 %). Hämatit weist einen geringeren Eisengehalt (ca. 65 %) auf, jedoch hat er durch seine Verbreitung auch eine große wirtschaftliche Bedeutung.

               

                Abb. 1 Die wichtigsten Eisenerze
Magnetit und Hämatit gehören beide zur Gruppe der Oxide. Magnetit ist die stabilste Verbindung zwischen Eisen und Sauerstoff mit der chemische Summenformel Fe3O4 (genauer Fe2+ Fe3+2O4). Die chemische Zusammensetzung von Hämatit ist Fe2O3.
Magnetit kristallisiert im kubischen System und gehört zur Spinell-Gruppe. Oft ist dieses Mineral in vollkommen ausgebildeten oktaedrischen Kristallen zu finden (Abb. 1), deren schwarzglänzenden Flächen gesteift sind. Viel häufiger jedoch tritt Magnetit in Form von körnigen oder dichten Aggregaten von schwarzer Farbe mit bläulichen Schillern auf. Hämatit kristallisiert dagegen im trigonalen Kristallsystem und hat die sogenannte Korundstruktur. Das Mineral entwickelt viele verschiedene Kristallformen, die eine Größe von mehreren Zentimetern erreichen können. Hämatit hat grauschwarze Farbe und einen starken Glanz, den man unter einem Mikroskop sehr gut erkennen kann. Mit der Zeit kann seine Oberfläche allerdings buntfarbig anlaufen (Abb. 1) oder durch Verwitterung eine mattrote Farbe annehmen.
Die beiden Minerale haben eine ähnliche Mohs-Härte (zwischen 5 und 6) und auch ähnliche Dichte (ca. 5 g/cm³). Damit gehören sie zu mittelharten und schweren Mineralen. Die Stichfarbe von Magnetit ist schwarz und die von Hämatit rot. Dadurch können sie eindeutig voneinander unterschieden werden. Magnetit und Hämatit sind gegen Witterung sowie gegen viele Säuren und Laugen beständig.
Magnetit kommt durchaus häufig vor, allerdings ist er selten der Hauptbestandteil eines Gesteins. Weltweit konnte Magnetit bisher an fast 10. 000 Fundorten nachgewiesen werden. Bei lokaler Anhäufung kann er auch große Erzlagerstätten bilden. Man findet Magnetit in zahlreichen magmatischen und in metamorphen Gesteinen sowie aufgrund seiner Witterungsbeständigkeit weitgehend intakt als Magnetitsand in Flusssedimenten. Er kann in größeren Mengen an Sandstränden gefunden werden, wo er zu der typischen schwarzen Färbung des Sandes führt. Große Vorkommen von Magnetit finden sich vor allem in Kirunavaare (Schweden), wo das Mineral von verschiedenen anderen Eisenverbindungen begleitet wird, die bei der Verhüttung zur Bildung eines besonders hochwertigen Stahls führen. Weitere namenhafte Lagestätten von Magnetit, befinden sich in Südafrika, Russland (Ural), Frankreich und Finnland.
Hämatit ist häufig als Nebenbestandteil in vulkanischen Gesteinen vorhanden. Wirtschaftlich gesehen sind jedoch vor allem die sedimentären Lagerstätten von Bedeutung. Die größten Vorkommen von Hämatit liegen in den USA, in Kanada, Venezuela, Brasilien und in Angola. Er ist für die Rotfärbung vieler Gesteine verantwortlich – ein bedeutendes Beispiel sind viele gebänderten Eisenerzformationen.
Die hervorstechende Eigenschaft des Magnetits ist sein starker natürlicher Magnetismus. Er ist eines der stärksten (ferri)magnetischen Minerale. Beim Unterschreiten der Curie-Temperatur von 578 °C richtet sich die Magnetisierung größtenteils in Erdmagnetfeldrichtung aus, so dass eine remanente magnetische Polarisation resultiert. Magnetitkristalle können auf diese Weise die Richtung des Erdmagnetfeldes zur Zeit ihrer Entstehung konservieren. Die Untersuchung der Magnetisierungsrichtung von Lavagestein (Basalt) führte Geologen zu der Beobachtung, dass sich in ferner Vergangenheit tatsächlich die magnetische Polarität der Erde von Zeit zu Zeit umgekehrt haben musste. Verschiedene Tierarten (z. B. Tauben) sind zur Orientierung im Erdmagnetfeld auf Magnetit angewiesen. Auch die meisten Regionen des menschlichen Gehirns enthalten Magnetit-Kristalle. Im Gegensatz zum Magnetit ist Hämatit nichtmagnetisch (genauer antiferromagnetisch), erst nach Erhitzung lässt er einen gewissen Magnetismus erkennen.
Magnetit und Hämatit dienen vor allem als wertvolle Erze für die Gewinnung von Roheisen und weiter für die Herstellung von Stahl. Darüber hinaus werden die beiden Minerale auch für verschiedene andere Zwecke angewandt. Beispielsweise wird Magnetit in der Bauindustrie als natürlich gekörnter Zuschlag mit hoher Rohdichte für Kalksandsteine und Schwerbeton und für bautechnischen Strahlenschutz verwendet. Aufgrund der hervorragenden magnetischen Eigenschaften wird Magnetit als Magnetpigment zur Daten-Speicherung eingesetzt und bis heute beim Bau von Kompassen verwendet. Hämatit findet Anwendung als Poliermittel; die kristalline Form des Hämatits wurde zudem wegen ihrer hohen Reflektivität lange Zeit als Spiegel genutzt. Beim Korrosionsschutz wird Hämatit in Form von feinen kristallinen Plättchen in einer Lack-Matrix als Deckanstrich von feuerverzinkten Stahlteilen eingesetzt. Der Korrosionsschutz kann so bis zu 25 Jahre und mehr bei freier Bewitterung betragen. Hämatit ist ein wichtiges und zudem ungiftiges Pigment. Schon in der Altsteinzeit wurde es für Höhlenmalereien und zur Körperbemalung eingesetzt. <<