Korund

Korund
Chemische Formel	Al2O3
Mineralklasse	Oxide und Hydroxide 4.CB.05 (8. Auflage: IV/C.04) nach Strunz 04.03.01.01 nach Dana
Kristallsystem	trigonal
Kristallklasse; Symbol nach Hermann-Mauguin	ditrigonal-skalenoedrisch; 3 2/m
Raumgruppe	R3c (Nr. 167)Vorlage:Raumgruppe/167
Farbe	farblos, durch Verunreinigungen variabel
Strichfarbe	weiß
Mohshärte	9
Dichte (g/cm3)	3,9 bis 4,1
Glanz	Diamantglanz, Glasglanz, Seidenglanz
Transparenz	durchsichtig bis undurchsichtig
Spaltbarkeit	unvollkommen
Bruch	muschelig, spröde, splitterig
Habitus	{{{Kristallhabitus}}}
Zwillingsbildung	lamellar nach {1011}
Kristalloptik
Doppelbrechung (optischer Charakter)	0,008 bis 0,009; einachsig negativ
Optischer Achsenwinkel	2V = gemessen: 58°
Weitere Eigenschaften
Besondere Kennzeichen	seltene, aber starke Lumineszenz in Dunkelrot, Doppellinie bei 692 nm durch die fast immer vorhandene Cr-Beimengung.

Der Korund (aus dem Tamilischen kurundam குருந்தம் oder kuruvindam குருவிந்தம்) ist ein relativ häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ mit der chemischen Zusammensetzung Al₂O₃.

Korund ist im trigonalen Kristallsystem kristallisiert und entwickelt meist lange, prismatische oder säulen- bis tonnenförmige Kristalle, aber auch körnige Aggregate, die je nach Verunreinigung verschiedene Farben aufweisen, aber auch farblos sein können. Varietäten mit gleicher Zusammensetzung und Kristallstruktur sind der Rubin (rot durch Spuren von Chrom) und der Saphir (verschiedene Farben, u. a. blau durch Eisen oder hellrot durch Titan).

Die größten bisher bekannten Korundkristalle erreichten eine Länge von etwa einem Meter und ein Gewicht von bis zu 150 Kilogramm.

Korund ist das Referenzmineral auf der Mohs’schen Härteskala für die Mohshärte 9. Es ist nach Diamant (C, Härte 10) und den sehr seltenen Mineralen Moissanit (SiC, Härte 9,5) und Qingsongit (kubisches BN, Härte 9-10) das vierthärteste Mineral. Außer Acht gelassen wird hierbei der erst bei höheren Temperaturen härtere Mullit.

Bei 25 °C betragen die Wärmeleitfähigkeit 41,9 W/(m·K) und die Wärmekapazität 754 J/(kg·K).

Modifikationen und Varietäten

Korund ist eine Modifikation von Aluminiumoxid (α-Al₂O₃).

Varietäten (farbliche Spielarten durch geringe metallische Beimengungen) sind:

• Leukosaphir – farblos
• Rubin – kräftig rot durch Chrom
• Saphir – blau, alle Farben außer rot; braun durch Eisen, grau, rosa, gelb, grün, violett

Klassifikation

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Korund zur Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort zur Abteilung der „Oxide mit Metall : Sauerstoff = 2 : 3“, wo er zusammen mit Eskolait, Hämatit und Karelianit eine eigenständige Gruppe bildete.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet Korund in die erweiterte Klasse der „Oxide (Hydroxide, V^[5,6] Vanadate, Arsenide, Antimonide, Bismuthide, Suldide, Selenide, Telluride, Jodide)“ und dort in die Abteilung der „Metall : Sauerstoff = 2 : 3, 3:5 und vergleichbare“ ein. Diese Abteilung ist weiter unterteilt nach der Größe der beteiligten Kationen, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Mit mittelgroßen Kationen“ zu finden ist, wo es als Namensgeber die „Korundgruppe“ mit der System-Nr. 4.CB.05 und den weiteren Mitgliedern Brizziit, Ecandrewsit, Eskolait, Geikielit, Hämatit, Ilmenit, Karelianit, Melanostibit und Pyrophanit sowie den noch nicht von der IMA bestätigten Minerale Auroantimonat und Romanit bildet.

Auch die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Korund in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort in die Abteilung der „Oxide“ ein. Hier ist er zusammen mit Hämatit Namensgeber der „Korund-Hämatit-Gruppe“ mit der System-Nr. 04.03.01 und den weiteren Mitgliedern Eskolait, Karelianit und Tistarit innerhalb der Unterabteilung „Einfache Oxide mit einer Kationenladung von 3+ (A₂O₃)“ zu finden.

Kristallstruktur

Kristallstruktur von Korund

Molvolumen als Funktion des Drucks bei Zimmertemperatur

Korund kristallisiert trigonal in der Raumgruppe R3c (Raumgruppen-Nr. 167)Vorlage:Raumgruppe/167 mit den Gitterparametern a = 4,75 Å und c = 12,98 Å sowie sechs Formeleinheiten pro Elementarzelle.

In der Korund-Struktur bilden die Sauerstoffatome eine leicht verzerrte hexagonal dichteste Kugelpackung, in der zwei Drittel der Oktaederlücken mit Aluminium besetzt sind.

Bildung und Fundorte

Rubin und Pyrit auf Ganggestein aus Vietnam

Zweifarbig rosa-violetter Saphir im Muttergestein aus Ihosy in Madagaskar (Größe: 6,8 cm × 4,5 cm × 4,4 cm)

Korund tritt meist mit Spinell und Magnetit, aber auch mit vielen anderen Mineralen vergesellschaftet in einer massiven, schwarz gekörnten Form auf, daneben auch als säuliger oder tonnenförmiger Kristall. Man findet ihn hauptsächlich in natriumreichen magmatischen Gesteinen wie z. B. Granit oder Pegmatiten, daneben auch in metamorphen Gesteinen wie Gneis oder Marmor. Schließlich kommt er auch als sehr verwitterungsbeständige Substanz in Edelsteinseifen aus Flusssedimenten vor, insbesondere in Burma und Sri Lanka.

Weltweit konnten Korund und seine Varietäten bisher (Stand: 2011) an rund 1500 Fundorten nachgewiesen werden. Bekannt durch ihre außergewöhnlichen Korundfunde wurden unter anderem Letaba in Südafrika, wo ein 61 × 30 cm großer und ca. 160 kg schwerer Kristall zutage trat und Bancroft in der kanadischen Provinz Ontario mit einem Kristallfund von rund 30 kg Gewicht.

In Deutschland fand sich Korund unter anderem im Schwarzwald und am Kaiserstuhl in Baden-Württemberg; im Bayerischen und Oberpfälzer Wald in Bayern; bei Frankfurt-Heddernheim in Hessen; bei Bad Harzburg in Niedersachsen; an mehreren Orten im nordrhein-westfälischen Siebengebirge; an vielen Fundpunkten in der Eifel in Rheinland-Pfalz; bei Waldheim, Hinterhermsdorf, Schneeberg, am Ochsenkopf bei Jägerhaus und in der Oberlausitz in Sachsen sowie bei Barmstedt und Schleswig in Schleswig-Holstein.

In Österreich findet man das Mineral in Kärnten, Niederösterreich und in der Steiermark sowie am Nasenkopf im Habachtal in Salzburg. In der Schweiz kommt Korund in der Zentralmoräne des Aargletschers im Kanton Bern, in der Gemeinde Roveredo (Kanton Graubünden) und im Kanton Tessin vor.

Weitere Fundorte sind Afghanistan, die Antarktis, Argentinien, Australien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, Finnland, Frankreich, Griechenland, Grönland, Indien, Indonesien, Irland, Israel, Italien, Japan, Kambodscha, Kanada, Kasachstan, Kenia, Kirgisistan, Kolumbien, Demokratische Republik Kongo, Nord- und Südkorea, Laos, Madagaskar, Malawi, Mazedonien, Mexiko, Mongolei, Mosambik, Myanmar, Namibia, Nepal, Neuseeland, Norwegen, Pakistan, Polen, Rumänien, Russland, Schweden, Simbabwe, Slowakei, Somaliland, Sri Lanka, Südafrika, Suriname, Swasiland, Tadschikistan, Tansania, Thailand, Tschechien, Türkei, Ukraine, Ungarn, Uruguay, den Vereinigten Arabischen Emiraten, im Vereinigten Königreich (Großbritannien), den Vereinigten Staaten (USA) und in Vietnam.

Im Staub des Kometen Wild 2 konnte Korund nachgewiesen werden.

Synthetische Herstellung

Verschiedene synthetische Korunde

Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts werden Korunde synthetisch produziert. Im Jahre 1888 gelang es dem Franzosen Auguste Verneuil (1856–1913) erstmals, mittels des sogenannten „Schmelz-Tropf-Verfahrens“ aus Aluminiumoxid und gezielt ausgewählten Zusatzstoffen künstliche Rubine herzustellen. Dieses Verfahren wurde später ihm zu Ehren als Verneuil-Synthese bzw. Verneuil-Verfahren bezeichnet.

Die erstmalige Herstellung von Elektrokorund erfolgte 1894 durch den deutschen Chemiker Ernst Moyat. Kurz vor dem Ersten Weltkrieg erhielt Ernst Moyat das Reichspatent für die Herstellung künstlichen Korundes (Normalkorund), der aus dem Rohstoff Bauxit in einem Lichtbogenofen (Elektroschmelze – ca. 2120 °C) reduziert wurde. Beimengungen zur Reduzierung der unerwünschten Begleitstoffe waren Eisenspäne und Koks. Das Resultat war ein brauner Korund (96 % Al₂O₃), am Boden setzte sich Ferrosilicium (FeSi) ab. Zusammensetzung: ± 15 % Si, 5 % Al₂O₃, 3 % TiO₂, 75 % Fe, Spez.Gew. 6,9 g/cm³, Farbe Silbergrau.

In der Folge wurden sogenannte Edelkorunde entwickelt. Dabei wird hauptsächlich Edelkorund weiß hergestellt. Rohstoff ist hochreines Aluminiumoxid (Al₂O₃), Resultat der chemischen Reinigung von Bauxit durch Kalzinierung im Bayer-Verfahren, bei der neben Aluminiumoxid (kalzinierter Tonerde) als Abfallprodukt Rotschlamm anfällt. Das Aluminiumoxid wird im Elektro-Lichtbogenofen zu Edelkorund weiß erschmolzen. Durch die gezielte Beimengung von Chrom(III)-oxid (0,2 %) entsteht Edelkorund rosa und mit einem Anteil von 2 % so genannter Rubinkorund, der allerdings nicht zu Schmucksteinen verarbeitet werden kann.

Eine andere Art der industriellen Herstellung von Korunden ist die hydrothermale Kristallzüchtung bzw. das Czochralski-Verfahren. Dieses ist jedoch nur für wenige Nischenprodukte wirtschaftlich. Der Großteil der weltweiten industriellen Korundherstellung erfolgt nach wie vor nach dem Elektroschmelzverfahren.

Bemerkenswert ist auch, dass diese Korunde durch den Einfluss von Säuren oder Basen, abgesehen von einer Schmelze von NaOH, nicht mehr veränderbar sind; sie können lediglich bei einer Temperatur von etwa 2.050 °C wieder verflüssigt werden.

Verwendung

In der Technik

körniger Elektrokorund für industrielle Zwecke

Die massive Form des Korunds wird industriell und im Werkzeugbereich wegen ihrer großen Härte als Schleifmittel (Schleifpapier, Trennscheiben usw.) eingesetzt. Korund wird auch als Strahlmedium zum Sandstrahlen benutzt, da normaler Sand die Lungenkrankheit Silikose hervorrufen kann. Außerdem findet Korund auch Verwendung als Zuschlagsstoff für Hartbetone und zu Keramikfliesen, um deren Rutschfestigkeit zu gewährleisten. Als Alumina (kalzinierte Tonerde) findet sich Korund zudem in Technischer Keramik als Elektronik-Substrat (Dickschichttechnik), hochrein als Material für Brennerrohre von Hochdruck-Gasentladungslampen oder als Zuschlagstoff für harte, abrieb- und korrosionsfeste Keramik, z. B. als rutschfeste Decksbeschichtung von Fregatten der Deutschen Marine.

Sehr fein gemahlener Korund (Korngröße ca. 100 nm) wird zur Herstellung kratzfester Lacke eingesetzt. Um die Transparenz der Lacke zu erhalten, wird dabei jedes Korn silanisiert. Auch die unterschiedlichen Abriebklassen von Laminatböden basieren auf unterschiedlichen Mengen von zugesetztem silanisiertem Korund in der Lackschicht.

Ein weiterer großer Anwendungsbereich des industriell hergestellten weißen Edelkorunds ergibt sich aus seiner hohen Temperaturbeständigkeit (Schmelzpunkt 2050 °C) aber auch aufgrund seiner hohen chemischen Beständigkeit. So wird Edelkorund in Kornfraktionen von 0-6 mm als Hauptbestandteil und als Zuschlagsstoff zur Herstellung feuerfester Werkstoffe verwendet, zur Herstellung von Feuerfestauskleidungen für Hochöfen oder zur Herstellung von Metallgussformen.

Rubin als Uhrenlager

Durch seine Härte und Abriebfestigkeit ist Korund auch gut als Lager in Uhren geeignet.

Auch als Abtastnadel-Material in Tonabnehmern von Plattenspielern wird oft statt Diamant Korund verwendet, was zur umgangssprachlichen Bezeichnung „Saphir“ für die Abtastnadel führte.

Der Titan:Saphir-Laser besitzt als aktives Medium einen Titan-dotierten Korundkristall. Der nur historisch interessante Rubinlaser besitzt einen Chrom-dotierten Korundkristall (Rubin).

Blaue Leuchtdioden bestehen oft aus Galliumnitrid, das epitaktisch auf synthetischem Korund abgeschieden wurde.

Als Schmuckstein

Fingerring mit facettiertem Saphir

Durch Verunreinigungen entstehen aus dem eigentlich farblosen Aluminiumoxid eine ganze Reihe bekannter Schmuck- bzw. Edelsteine. Die roten Steine enthalten Chromionen und werden traditionell Rubine genannt, alle anderen werden im weiteren Sinne als Saphire bezeichnet, im engeren Sinne bezieht sich dieser Name aber nur auf die blauen Varianten, deren Farben durch Beimengungen von Eisen-, Titan- und Vanadiumionen entstehen.

Ein besonderer Effekt, der sich manchmal im Korund zeigt, ist der so genannte Asterismus, ein sechsstrahliger Stern aus hellem Licht, der je nach Blickwinkel durch Reflexion an mikroskopischen Rutil-Nadeln entsteht. Um ihn besonders prägnant herauszuarbeiten, wird für diese Korunde häufig die kugel- bis eiförmige Schliffform des Cabochons (Mugelschliff) gewählt. Weitere Effekte durch Rutil-Nadeln können Seidenglanz (bei geringer Einlagerung) oder Chatoyance (Katzenaugeneffekt, bei paralleler Einlagerung) sein.

Als Schutzglas

Reiner Korund wird als Saphirglas bei Uhren (Uhrglas oder Rückwand) und selten als Displayabdeckung bei Digitalkameras (vgl. Leica M8 und M9-P) eingesetzt.

Siehe auch

• Liste der Minerale
• Liste mineralischer Schmuck- und Edelsteine

Literatur

• Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie. Dörfler Verlag GmbH, Eggolsheim 2002, ISBN 978-3-89555-076-8, S. 82.
• Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten. 1900 Einzelstücke. 16. überarbeitete Auflage. BLV Verlag, München 2014, ISBN 978-3-8354-1171-5, S. 98; 269 (Korundgruppe; Synthetische Herstellung von Edel- und Schmucksteinen).

Weblinks

 Commons: Corundum – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Mineralienatlas:Korund (Wiki)
• Edelstein-Knigge – Korund
• Webmineral – Corundum (engl.)
• MinDat – Corundum (engl.)