technische Mineralogie, die modernen mineralogischen Wissenschaften mit den Fachgebieten Mineralogie, Kristallographie, Petrologie, Geochemie und Lagerstättenkunde sind heute überwiegend technisch-angewandte Disziplinen mit dem Kernfach der Mineralogie, die sich mit der vorwiegend kristallisierten und anorganischen Materie beschäftigt. Ihre Bedeutung für Technik und Wirtschaft liegt vor allem in der Entwicklung neuer analytischer und synthetischer Arbeitsmethoden, insbesondere in der Kristallstrukturforschung und der Kristallsynthese. Neben der Anwendung der Polarisationsmikroskopie und der Röntgenbeugung sind es vor allem die inden letzten Jahren in der Mineralogie zu Routinearbeiten gewordenen analytischen Methoden der Röntgenfluoreszenzspektralanalyse, Atomabsorptionsspektralanalyse, optischen Spektralanalyse, energiedispersiven Röntgenmikroanalyse, Neutronenaktivierung, klassischen Durchstrahlelektronenmikroskopie und der modernen Rasterelektronenmikroskopie, der Differenzthermoanalyse und thermogravimetrischen Analyse, Infrarotspektralanalyse usw., durch die vielseitige Anwendung mineralogischer Arbeitsmethoden in Industrie und Technik bedingt ist (analytische Methoden). Hinzu kommen die traditionellen Arbeitsmethoden der Mineralogie, wozu u.a. Hochdruck-Hochtemperatursynthesen, Kristallzüchtung (Mineralsynthese) und experimentelle Untersuchungen über den Kristallisationsverlauf und Phasengleichgewichte an Mehrkomponentensystemen zählen. Es gibt kaum einen Industriezweig, in dem mineralischer Rohstoff nicht unmittelbar oder als verarbeitetes Produkt Anwendung findet. Ein Schwerpunkt der Mineralogie in der Technik ist die keramische Industrie, wo heute insbesondere auch synthetische Rohstoffe eine zunehmende Bedeutung erlangt haben.

Da der größte Teil aller Minerale aus Silicaten besteht und die keramischen Rohstoffe (Keramik) auf der Basis von Mineralen und Gesteinen beruhen, ist die Mineralogie für die Behandlung der hier auftretenden Festkörperprobleme besonders geeignet. Technologische Verbesserungen und Neuentwicklungen sind nur auf der Basis spezifisch mineralogischer Kenntnisse möglich. Besonders wichtig ist die exakte Kenntnis des qualitativen und quantitativen Phasenaufbaus der Minerale, deren Verwachsungs- und Gefügeverhältnisse sowie ihre Phasenumwandlung und Bildungsmöglichkeiten. Waren es hier früher Fragen zu den Umwandlungs- und Phasenneubildungsprozessen der Rohstoffe beim Brennen von Steingut, Steinzeug und Porzellan, die interessierten, so sind es heute vor allem die Entwicklung neuer Werkstoffe, Verfahren zur Herstellung definierter Kristallformen und Kristallitgrößen, Reinheit und reproduzierbare technologische Eigenschaften der keramischen Erzeugnisse. Dies gilt vor allem für Bereiche der Elektro- und Magnetokeramik, Supraleiter, Metallkeramik, verbund- und faserverstärkten Werkstoff- und Biokeramik. Zu den neuesten sonderkeramischen Erzeugnissen gehören auch Siliciumnitridwerkstoffe, die im Hochtemperatureinsatz bessere Voraussetzungen mitbringen, als alle bisher bekannten Materialien. Sie können z.B. im Maschinenbau dort eingesetzt werden, wo metallische Werkstoffe die Grenze ihrer Einsatzmöglichkeit hinsichtlich der Temperatur, Wärmedehnung und chemischen Stabilität erreicht haben. Die Produkte der Industrie der feuerfesten silicatischen Erzeugnisse und der feuerfesten Baustoffe können je nach Zusammensetzung bis zu Temperaturen über 2000ºC beansprucht werden. Da auch hier überwiegend mineralische Rohstoffe zum Einsatz kommen, bildet die Kenntnis der Rohstoffeigenschaften die Voraussetzung für die Herstellung vonProdukten mit definiertem technologischen Verhalten. Feuerfeste und hochfeuerfeste Erzeugnisse auf der Basis von Nitriden, Siliciden, Oxiden und Carbiden finden heute vor allem für Widerstandsheizungen, Hartstoffe, in der Raumfahrt und als Mantelwerkstoffe für thermonukleare Reaktionen Verwendung.

Ein weiterer industrieller Schwerpunkt der Mineralogie liegt im Bergbau, wo die Kenntnisse des Festkörpers als mineralischer Rohstoff direkt eingesetzt werden und wo sich ohne mineralogische Kenntnisse die abbauwürdigen Qualitäten einer Lagerstätte nicht beurteilen lassen. Ein klassisches und zunehmend breiteres Feld mineralogischer Problemstellungen bietet die Zementindustrie. Rohstoffe zur Herstellung des Portlandzentrums sind Kalk und Kreidegesteine, Tone und Kalkmergel. Minerale wie Quarz, Feldspat, Glimmer, Tonminerale und akzessorische Mineralkomponenten gehen beim Brennprozeß der Zementklinker (Zement) eine Reihe von Reaktionen ein und bilden beim Abkühlen des Zementklinkers durch Kristallisation die „Zementminerale”. Aufschlüsse über Ausbildung und Verteilung der verschiedenen Mineralphasen im Zementklinker geben vor allem polarisationsoptische und röntgenographische Untersuchungen an geätzten Anschliffen. Bei der Verarbeitung bilden sich beim Erhärten des Zements wasserhaltige Verbindungen, die sogenannten Hydratphasen, deren kristalliner Aufbau von entscheidender Bedeutung für die technologischen Eigenschaften der entsprechenden Betonprodukte ist. Dies gilt besonders für die Festigkeit, die auf ein verzahntes Mineralgerüst zurückzuführen ist. Dieses besteht aus feinkristallinem Calciumsilicathydrat und Calciumaluminathydratkristallen, in die gröbere Calciumhydroxidkristalle und unhydratisierte Klinkerreste eingebettet sind. Mineralogische Untersuchungen dienen in Zementwerken der Betriebsüberwachung, wo sie neben chemischen und mechanisch-technologischen Prüfungen wertvolle Hinweise auf die Ursache von Störungen liefern. Darüber hinaus geben sie der Zementforschungbei der Entwicklung neuartiger Bindemittel mit besonderen Eigenschaften wichtige Impulse.

In der Baustoffindustriespielt neben den Untersuchungen technologischer Eigenschaften von Natursteinen vor allem die Entwicklung neuartiger Baustoffe mit z.T. unkonventionellen Bindemitteln eine wesentliche Rolle. Analog zu den in der Erdkruste ablaufenden mineralbildenden Prozessen kommt es bei den hydrothermal gehärteten Kalksandsteinen unter höheren Druck- und Temperaturbedingungen in Anwesenheit von Wasser zur Kristallisation der Bindemittelphasen. In Verbindung mit den klassischen Bindemitteln Zement, Kalk, Gips führen Kristallisationsreaktionen oft zu Bauschäden. Aus Treibkernbildungen, Frostsprengungen und anderen Ursachen resultieren oft beträchtliche Schadensfälle, deren Aufklärung durch detaillierte kristallographische und mineralogische Kenntnisse über die Verhaltensweisen der beteiligten Mineralphasen möglich ist. Zunehmende Bedeutung haben wärmedämmende Leichtbausteine, bei denen mineralische Rohstoffe wie Bims oder Lavaschlacke (Schäava) direkt Verwendung finden oder die durch Pelletieren, Granulieren, Körnen, Sintern oder Blähen künstlich hergestellt werden. Zu den letzteren zählen Perlite, Vermiculite, Blähtone, Blähschiefer, Hüttenbims, Aschensinter, Schlackensinter, Feuerungsschlacken, Schmelzkammergranulate und die mit Heißdampf hergestellten EPS-Schäume. Eine Reihe von Mineralkomponenten findet als Schwerezuschlag Verwendung, um bei Strahlenschutzbaustoffen die für die Gammastrahlenabschwächung maßgebliche Rohdichte einzustellen. Dabei handelt es sich vor allem um Schwerspat, Ilmenit, Magnetit, Hämatit und Serpentin. Die aus natürlichen Vorkommen stammenden, z.T. auch künstlich hergestellten borhaltigen Minerale Colemanit, Ulexit und Borocalcit erhöhen im Strahlenschutzbetondie Neutronenabsorption, wodurch sich die Wirkung der entstehenden Sekundärstrahlung vermindern läßt.

Gesteine basaltischer Zusammensetzung eignen sich zur Herstellung von künstlichen Mineralfasern (Steinwollen) und zu sogenannten Schmelzbasalterzeugnissen, wie z.B. säurefeste Röhren u.a. Spezialwerkstoffe. Die dabei erforderlichen hohen Schmelztemperaturen und die oft recht heterogene Mineralzusammensetzung des praktisch unerschöpflichen Rohstoffs Basalt, aber auch mögliche gesundheitliche Risiken durch die faserförmigen Stäube werfen dabei zahlreiche Fragen auf, die mit den Methoden der Mineralogie gelöst werden können. Die zunehmenden Verwitterungsschäden an Bausteinen historischer Denkmäler sind ein weiteres aktuelles Betätigungsfeld der Mineralogie im Rahmen von Umweltsicherung und Umweltschutz. Neben chemisch-analytischen Untersuchungen führen hier vor allem mineralogische Arbeitsmethoden wie Gefüge- und Mineralanalysen zur Klärung der Verwitterungsursachen und des Verwitterungsverhaltens, aus denen sich Rückschlüsse auf die bautechnische Verwertbarkeit und die Bausteinkonservierung ableiten lassen. Und in der Industrie der Steine und Erdensind mineralogische Kenntnisse bei Aufbereitungstechnologien von entscheidender Bedeutung für die Mineraltrennungen der Rohstoffe.

Mit einer Vielzahl kristallographischer Festkörperprobleme beschäftigt sich die chemische Industrie,vor allem auf dem Gebiet der Pigmente und der anorganischen Füllstoffe. Die Chemie der Pigmenteliefert ein gutes Beispiel angewandter Kristallchemie, da die Pigmenteigenschaften weitgehend durch eine zweckmäßige Auswahl der Wirtsgitter, durch farbgebende Ionen als Gastkomponenten, Kristalltracht (Tracht) und Habitus, Teilchengröße und Oberflächeneigenschaften bedingt werden. Die Herstellung anorganischer Füllstoffe auf Silicat-, Kieselsäure- und Metalloxidbasis ist an die zweckmäßige Auswahl und sichere Reproduzierbarkeit disperser fester Phasen sowie an die Kontrolle von Größe und Eigenschaften der inneren und äußeren Oberfläche geknüpft. Mineralogisch-kristallographischer Natur sind auch die zu lösenden Probleme bei der Auswahl von Katalysatoren, Trocknungsmitteln und Molekularsieben auf Zeolithbasis (Zeolithe) und in der Chemie der aktivierten Tone. Auch haben die vielseitigen Anforderungen auf dem Kunststoffsektor im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Verbundwerkstoffe, insbesondere der sogenannten Cermets, den Einsatz natürlicher und die Entwicklung synthetischer anorganischer Fasern erheblich simuliert. Wie kaum ein anderer Industriezweig basiert die chemische Industrie jedoch auch auf dem mineralischen Rohstoff selbst (Eigenschaftsrohstoffe). Schwefel, Calcit, Baryt, Quarz, Graphit sowie Natrium-, Kalium-, Magnesium-, Bor-, Arsen- und Quecksilberminerale etc. finden für die Herstellung chemischer Präparate direkte Verwendung.

Die mineralogische Grundlagenforschung beschäftigt sich intensiv mit der experimentellen Mineralsynthese, um die Bildungsbedingungen der Minerale und Gesteine zu ergründen. Der steigende Bedarf der Industrie an synthetischen Kristallen, insbesondere an reinen oder gezielt dotierten großen Einkristallen, nimmt immer mehr zu. Heute sind technisch-industrielle Herstellungsverfahren zur Züchtung synthetischer Kristalle für viele Industriezweige von Bedeutung. Schwerpunkte liegen im Bereich der optischen, elektrischen und der Elektronik-Industrie,wo der Bedarf an Halbleitern und an Kristallen mit besonderen magnetischen Eigenschaften zunimmt. Die in der mineralogischen Grundlagenforschung erstmals synthetisierten Quarzkristalle bilden die Grundlage der industriellen Hydrothermalsynthese von Einkristallen in steuerbaren Großprozessen. Die gegenwärtig industriell eingesetzten Kristallzuchtautoklaven (Autoklaven) für die Herstellung von Quarzeinkristallen, die für Ultraschallgeber und zur Frequenzstabilisierung von Sendern eingesetzt werden, haben Durchmesser von 1 m und Längen von 1-4 m. Bei hohen Temperaturen und Wasserdampfdrucken bis zu 2000 bar (0,2 GPa) lassen sich dabei Hunderte von Einkristallen herstellen.

Große Kristalle, die wegen der zunehmenden Verknappung mineralischer Rohstoffe insbesondere für die Herstellung von Linsen und Prismen synthetisch hergestellt werden müssen, kommen in der optischen Industrie zum Einsatz. Für optische Geräte werden insbesondere Kalkspat, Flußspat, Quarz und Magnesiumfluoridkristalle gebraucht. Weitere Hilfsmittel der modernen Technik werden aus synthetischem Korund hergestellt, u.a. Linsen und Prismen, Lichtleiter, Elektrodenhalter, Raketendüsen, Fenster an Weltraumkapseln und die Schutzfenster der Solarzellen von Weltraumsonden. Die Lasertechnikist ohne synthetische Kristalle nicht durchführbar. Durch die sinnvolle Kombination der kristalloptischen und kristallgeometrischen Verhältnisse von Laserrubinen ergeben sich die Möglichkeiten der dreidimensionalen Fotographie, der Holographie. Weitere Einsatzmöglichkeiten liegen auf dem Gebiet der Energieübertragung, Fernmeldetechnik, Spektrographie und Telemetrie.

In der Glasindustrieentstehen vielfältige Probleme bei der Glasherstellung durch Reaktionen zwischen Glasschmelze und Wannenmaterial, die zu Glasfehlern und zum Verschleiß der Glasöfen führen. Mineralogisch-geochemisches Grundwissen ist auch bei der Betriebskontrolle und beim Einsatz der mineralischen Rohstoffe erforderlich. Neben einfachen Gebrauchsgläsern wird heute eine große Palette von Spezialgläsern für Chemie, Pharmazie, Elektronik und Optik hergestellt, die Schwermetalloxide und Seltene Erden enthalten. Mineralogisch-kristallographische Problemstellungen ergeben sich dabei vorwiegend aus dem Nachweis unerwünschter Kristallisationsursachen. Die Kenntnis kristallchemischer und kristallstruktureller Details hinsichtlich der Koordinations- und Ladungsverhältnisse in den Kristallaggregaten erlauben Voraussagen über Eigenschaften und Entwicklung von Spezialgläsern. Ein ausgedehntes Arbeitsgebiet liegt in der modernen Entwicklung glasig-kristalliner Werkstoffe, in denen Kristalle, eingebettet in eine Glasmatrix, zu Trägern bestimmter Eigenschaften werden.

Wie vielseitig der technisch-industrielle Anwendungssektor der Mineralogie heute ist, wird in der Papierindustriedeutlich. Neben Kaolin und anderen Tonmineralen finden hier zahlreiche Mineralphasen mit ihren vielfältigen, teils naturgegebenen, teils künstlich abwandelbaren Eigenschaften als Füllstoffe, Streichclays und Weißpigmente Verwendung. Farbgebende Elemente wie Eisen oder Titan müssen zur Erzielung eines hohen Weißgrades abgetrennt werden, dabei ist es wichtig zu wissen, ob diese in Form selbständiger Mineralphasen oder in die entsprechenden Wirtsgitter eingebaut sind. Erst aus den durch mineralogische Phasenanalysen gewonnenen Kenntnissen lassen sich entsprechende technologische Verfahren zur Abtrennung der Störkomponenten oder zur kristallchemischen Tarnung durchführen. Vielfach werden auch die in ihrer Zusammensetzung stark variierenden mineralogischen Rohstoffe durch entsprechende synthetische Erzeugnisse ersetzt, wobei Mineralphasen wie Ettringit (Satinweiß) oder Calcit-Aragonitgemische bestimmter Korngröße, Kristallformen und Oberflächenbeschaffenheit eine wichtige Rolle spielen.

Die Schleifmittelindustriemacht sich Eigenschaften der Kristalle wie Härte, Zähigkeit, Kornformen und -größe, Spalt- und Brucheigenschaften sowie die Bindefähigkeit der Mineralphasen an die Trägeroberfläche zunutze. Natürliche Schleifmittel sind Diamant und Diamantaggregate, Korund, Granat und Quarz, daneben werden zahlreiche künstliche Schleifmittel synthetisiert oder aus mineralogischen Rohstoffen hergestellt. Elektrokorund wird aus Bauxit im Lichtbogen gewonnen, Sinterkorund aus calcinierter Tonerde. Weitere großtechnische Synthesen sind Siliciumcarbid, Borcarbid, Bornitrid, Wolframcarbid, Chromoxid und synthetische Diamanten, die unter Verwendung von Metallkatalysatoren aus Kohlenstoff bei Drucken von ca. 100.000 bar (10 GPa) und Temperaturen von ca. 2000ºC gewonnen werden (Hochdrucksynthese). Neben meist gerundeten Naturdiamanten haben die scharfkantig begrenzten Synthesen schleifmittel-technologisch oft bessere Eigenschaften.

In engem Zusammenhang mit der Entwicklung der Landwirtschaft steht die Düngemittelindustrie mit der Verwertung von Mineraldüngern, wobei Kalium, Stickstoff und Phosphoritminerale eine wesentliche Rolle spielen. Neben den natürlichen Phosphoritmineralen werden Phosphordüngemittel heute in großem Umfang aus gemahlenen Hüttenschlacken, z.T. auch aus dem Mineral Apatit direkt, hergestellt. Dabei spielen auch Massenkristallisationsprozesse, wobei es auf das Wachstum von Kristalliten bestimmter Korngrößen und Kornformen (z.B. Reiskornform) ankommt, eine wichtige Rolle. [GST]