Feldspat

Feldspat ⓘ
	Einkristall eines monoklinen Feldspats
Allgemeines und Klassifikation
Chemische Formel	(Ba,Ca,Na,K,NH4)(Al,B,Si)4O8
Mineralklasse; (und ggf. Abteilung)	Gerüstsilikate (Tektosilikate)
System-Nr. nach Strunz ; und nach Dana	9.FA.20 bis 9.FA.25 (8. Auflage: VIII/J.06 bis VIII/J.07); 76.01 bis 76.02
Kristallographische Daten
Kristallsystem	triklin oder monoklin
Kristallklasse; Symbol	siehe Einzelminerale
Zwillingsbildung	häufiges Auftreten von Karlsbader- oder Albitzwillingen
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	6 bis 6,5
Dichte (g/cm3)	2,5 bis 2,8
Spaltbarkeit	vollkommen
Bruch; Tenazität	muschelig bis spröde
Farbe	variabel, farblos, weiß, rosa, grün, blau, braun
Strichfarbe	weiß
Transparenz	durchscheinend bis undurchsichtig
Glanz	Glasglanz
Kristalloptik
Brechungsindex	n = 1,518 bis 1,588
Doppelbrechung	δ = 0,005 bis 0,013
Achsenwinkel	2V = 2Vx = 50 bis 105°
Pleochroismus	farblos

Als Feldspat wird eine große Gruppe sehr häufig vorkommender Silikat-Minerale der allgemeinen chemischen Zusammensetzung (Ba,Ca,Na,K,NH₄)(Al,B,Si)₄O₈ bezeichnet. Die in Klammern angegebenen Elemente können sich jeweils gegenseitig vertreten, stehen jedoch immer im selben Mengenverhältnis zu den anderen Bestandteilen des Minerals (Substitution). Feldspate kristallisieren entweder im monoklinen oder im triklinen Kristallsystem, haben eine mittlere Mohshärte von 6 bis 6½ und eine sehr variable Farbe, die von farblos über weiß, rosa, grün, blau bis braun reicht. Die Strichfarbe ist weiß. ⓘ

Feldspate gelten als die wichtigsten gesteinsbildenden Minerale der Erdkruste. Der Schmelztemperaturbereich liegt bei 1150–1250 °C. ⓘ

Phasendiagramm der Zusammensetzung der verschiedenen Mineralien, aus denen der Feldspat-Mischkristall besteht. ⓘ

Feldspäte sind eine Gruppe von gesteinsbildenden Aluminiumtektosilikatmineralen, die Natrium, Kalzium, Kalium oder Barium enthalten. Die häufigsten Vertreter der Feldspatgruppe sind die Plagioklas-Feldspäte (Natrium-Kalzium) und die Alkalifeldspäte (Kalium-Natrium). Feldspäte machen etwa 60 % der Erdkruste und 41 % des Gewichts der kontinentalen Erdkruste aus. ⓘ

Feldspäte kristallisieren aus Magma als intrusive und extrusive Eruptivgesteine und sind auch in vielen Arten von metamorphem Gestein enthalten. Gesteine, die fast vollständig aus kalziniertem Plagioklas-Feldspat bestehen, werden als Anorthosit bezeichnet. Feldspäte sind auch in vielen Arten von Sedimentgestein zu finden. ⓘ

Zusammensetzungen

Die Gruppe der Feldspatminerale besteht aus Tektosilikaten, Silikatmineralen, in denen Siliziumionen durch gemeinsame Sauerstoffionen zu einem dreidimensionalen Netz verbunden sind. Die Zusammensetzung der Hauptelemente in den gängigen Feldspäten lässt sich anhand von drei Endgliedern ausdrücken:

Kalifeldspat (K-Spat), Endglied KAlSi₃O₈
Albit-Endglied NaAlSi₃O₈
Anorthit-Endglied CaAl₂Si₂O_{8 ⓘ}

Mischkristalle zwischen K-Feldspat und Albit werden als Alkalifeldspat bezeichnet. Mischkristalle zwischen Albit und Anorthit werden als Plagioklas oder, richtiger, als Plagioklasfeldspat bezeichnet. Zwischen K-Feldspat und Anorthit gibt es nur wenige Mischkristalle, und bei den beiden anderen Mischkristallen tritt bei den in der Erdkruste üblichen Temperaturen Unmischbarkeit auf. Albit gilt sowohl als Plagioklas als auch als Alkalifeldspat. ⓘ

Das Verhältnis von Alkalifeldspat zu Plagioklasfeldspat bildet zusammen mit dem Anteil von Quarz die Grundlage für die QAPF-Klassifizierung von Eruptivgestein. Kalziumreicher Plagioklas ist der erste Feldspat, der aus einem abkühlenden Magma kristallisiert, aber der Plagioklas wird mit fortschreitender Kristallisation zunehmend natriumreicher. Dies definiert die kontinuierliche Bowen'sche Reaktionsreihe. Der K-Feldspat ist der letzte Feldspat, der aus dem Magma auskristallisiert. ⓘ

Alkalifeldspäte

Alkalifeldspäte werden in zwei Gruppen eingeteilt: solche, die Kalium in Kombination mit Natrium, Aluminium oder Silizium enthalten, und solche, bei denen Kalium durch Barium ersetzt ist. Zu den erstgenannten gehören:

Orthoklas (monoklin) KAlSi₃O₈
Sanidin (einklinig) (K,Na)AlSi₃O₈
Mikroklin (triklin) KAlSi₃O₈
Anorthoklas (triklin) (Na,K)AlSi₃O_{8 ⓘ}

Kalium- und Natriumfeldspäte sind in der Schmelze bei niedrigen Temperaturen nicht perfekt mischbar, daher treten Zwischenzusammensetzungen der Alkalifeldspäte nur in Umgebungen mit höheren Temperaturen auf. Sanidin ist bei den höchsten Temperaturen stabil, Mikroklin bei den niedrigsten. Perthit ist ein typisches Gefüge in Alkalifeldspat, das auf die Exsolution kontrastierender Alkalifeldspat-Zusammensetzungen während der Abkühlung einer mittleren Zusammensetzung zurückzuführen ist. Die perthitischen Texturen in den Alkalifeldspäten vieler Granite sind mit bloßem Auge zu erkennen. Mikroperthitische Texturen in Kristallen sind unter dem Lichtmikroskop sichtbar, während kryptoperthitische Texturen nur unter dem Elektronenmikroskop zu erkennen sind. ⓘ

Ammonium-Feldspat

Buddingtonit ist ein Ammonium-Feldspat mit der chemischen Formel: NH₄AlSi₃O₈. Es handelt sich um ein Mineral, das mit der hydrothermalen Alteration der primären Feldspatminerale in Verbindung steht. ⓘ

Barium-Feldspäte

Bariumfeldspäte entstehen durch die Substitution von Kalium durch Barium in der Mineralstruktur. Bariumfeldspäte werden manchmal als eigenständige Gruppe von Feldspäten, manchmal als Untergruppe der Alkalifeldspäte eingestuft. ⓘ

Die Barium-Feldspäte sind monoklin und umfassen die folgenden:

Celsin BaAl₂Si₂O₈
Hyalophan (K,Ba)(Al,Si)₄O_{8 ⓘ}

Plagioklas-Feldspäte

Die Plagioklas-Feldspäte sind triklin. Es folgt die Plagioklasreihe (mit prozentualem Anorthit in Klammern):

Albit (0 bis 10) NaAlSi₃O₈
Oligoklas (10 bis 30) (Na,Ca)(Al,Si)AlSi₂O₈
Andesin (30 bis 50) NaAlSi
₃O
₈ - CaAl
₂Si
₂O
₈
Labradorit (50 bis 70) (Ca,Na)Al(Al,Si)Si₂O₈
Bytownit (70 bis 90) (NaSi,CaAl)AlSi₂O₈
Anorthit (90 bis 100) CaAl₂Si₂O_{8 ⓘ}

Auch Plagioklas-Feldspat mittlerer Zusammensetzung kann sich beim Abkühlen in zwei Feldspäte kontrastierender Zusammensetzung auflösen, aber die Diffusion ist viel langsamer als bei Alkalifeldspat, und die entstehenden Zwei-Feldspat-Zwischenwüchse sind in der Regel zu feinkörnig, um mit optischen Mikroskopen sichtbar zu sein. Die Unmischbarkeitslücken in den Plagioklas-Mischkristallen sind im Vergleich zu den Lücken in den Alkalifeldspäten komplex. Das Farbenspiel, das in einigen Feldspäten der Labradorit-Zusammensetzung zu sehen ist, ist auf sehr feinkörnige Exsolutionslamellen zurückzuführen, die als Bøggild-Intergrowth bekannt sind. Das spezifische Gewicht nimmt in der Plagioklasreihe von Albit (2,62) bis Anorthit (2,72-2,75) zu. ⓘ

Struktur

Die Struktur eines Feldspatkristalls basiert auf Alumosilikat-Tetraedern. Jeder Tetraeder besteht aus einem Aluminium- oder Silizium-Ion, das von vier Sauerstoff-Ionen umgeben ist. Jedes Sauerstoffion wird wiederum von einem benachbarten Tetraeder geteilt und bildet so ein dreidimensionales Netzwerk. Die Struktur kann als lange Ketten von Aluminosilikat-Tetraedern dargestellt werden, die manchmal als Kurbelwellenketten bezeichnet werden, weil sie geknickt sind. Jede Kurbelwellenkette verbindet sich mit benachbarten Kurbelwellenketten zu einem dreidimensionalen Netzwerk aus verschmolzenen viergliedrigen Ringen. Die Struktur ist so offen, dass Kationen (in der Regel Natrium, Kalium oder Kalzium) in die Struktur passen und für den Ladungsausgleich sorgen können. ⓘ

Diagramm, das einen Teil einer Kurbelwellenkette aus Feldspat zeigt
Feldspat-Kristallstruktur entlang der c-Achse gesehen
Feldspat-Kristallstruktur entlang der a-Achse
Feldspatkristallstruktur entlang der b-Achse gesehen ⓘ

Etymologie und Geschichte

Natrium-Feldspat Albit mit deutlich sichtbaren Spaltrissen ⓘ

Feldspat ist aus den Wörtern Feld und Spat zusammengesetzt. Als Pluralform ist sowohl Feldspäte als auch Feldspate in der Fachliteratur zu finden. ⓘ

Jahrhundertelang sprachen die Bergleute Minerale und Gesteine allgemein als Spat an, wenn sie die Eigenschaft besaßen, sich besonders gut (vollkommen) spalten zu lassen. Die Vollkommenheit der Spaltbarkeit zeigte sich oft schon an den vorhandenen, sichtbaren Spaltrissen und daran, dass sich vom Mineral- bzw. Gesteinskörper beim Anschlagen mit einem Hammer feine Blättchen („Spaten“) ablösten. ⓘ

Etwa Mitte des 18. Jahrhunderts kam der Begriff Feldspat auf, als man in der Mineralogie lernte, die verschiedenen Mineralarten genauer zu unterscheiden. Zur genauen Herkunft dieses Namens gibt es allerdings verschiedene Theorien. So stellte sich beispielsweise Urban Brückmann 1783 die Frage, ob der Feldspat seinen Namen in Anlehnung an seine charakteristische Art des Vorkommens in Form von Feldern oder Flecken in Granit und anderen Gesteinsarten (nie als ganze Gänge, Felsen oder Gebirge) erhalten haben könnte. René-Just Haüy vermutete dagegen 1804 in seinem Werk Traité de minéralogie, der Name könnte in Anlehnung an die Tatsache gewählt worden sein, dass oft Feldspat-Bruchstücke auf den Feldern gefunden wurden. Der Feldspat wäre daher als „Spat von den Feldern“ zu verstehen und ein Hinweis darauf, dass Feldspat durch Verwitterung allmählich in Ackererde überging. ⓘ

Phasendiagramm der Feldspatserie bei 900 °C ⓘ

Verwitterung

Die chemische Verwitterung von Feldspat erfolgt durch Hydrolyse und führt zur Bildung von Tonmineralen, darunter Illit, Smektit und Kaolinit. Die Hydrolyse von Feldspat beginnt damit, dass sich der Feldspat in Wasser auflöst, was am besten in sauren oder basischen Lösungen und weniger gut in neutralen Lösungen geschieht. Die Geschwindigkeit, mit der Feldspäte verwittern, hängt davon ab, wie schnell sie aufgelöst werden. Gelöster Feldspat reagiert mit H⁺- oder OH- Ionen und fällt Tone aus. Bei der Reaktion entstehen auch neue Ionen in Lösung, wobei die Vielfalt der Ionen durch die Art des reagierenden Feldspats bestimmt wird. ⓘ

Die Häufigkeit von Feldspäten in der Erdkruste bedeutet, dass Tone sehr häufig als Verwitterungsprodukte vorkommen. Etwa 40 % der Mineralien in Sedimentgesteinen sind Tone, und Tone sind die vorherrschenden Mineralien in den am häufigsten vorkommenden Sedimentgesteinen, den Schlammgesteinen. Sie sind auch ein wichtiger Bestandteil von Böden. Feldspat, der durch Ton ersetzt wurde, sieht im Vergleich zu den eher kristallinen und glasigen, unverwitterten Feldspatkörnern kalkig aus. ⓘ

Feldspäte, insbesondere Plagioklas-Feldspäte, sind aufgrund ihrer hohen Bildungstemperatur an der Erdoberfläche nicht sehr stabil. Diese mangelnde Stabilität ist der Grund, warum Feldspäte leicht zu Tonen verwittern. Aufgrund dieser Tendenz zur leichten Verwitterung sind Feldspäte in der Regel in Sedimentgesteinen nicht weit verbreitet. Sedimentgesteine, die große Mengen an Feldspat enthalten, deuten darauf hin, dass das Sediment vor seiner Vergrabung nur wenig chemisch verwittert ist. Das bedeutet, dass es wahrscheinlich über eine kurze Strecke unter kalten und/oder trockenen Bedingungen transportiert wurde, die die Verwitterung nicht begünstigten, und dass es schnell von anderen Sedimenten begraben wurde. Sandsteine mit großen Mengen an Feldspat werden als Arkosen bezeichnet. ⓘ

Herstellung und Verwendung

Im Jahr 2010 wurden etwa 20 Millionen Tonnen Feldspat produziert, hauptsächlich in drei Ländern: Italien (4,7 Mio. t), die Türkei (4,5 Mio. t) und China (2 Mio. t). Der italienische Feldspatmarkt wurde im Jahr 2021 auf 201,56 Mio. USD geschätzt und wird voraussichtlich mit einer CAGR von 7,3 % zwischen 2022 und 2028 während des Prognosezeitraums steigen. ⓘ

Feldspat ist ein gängiger Rohstoff, der in der Glasherstellung, in der Keramik und bis zu einem gewissen Grad als Füllstoff und Streckmittel in Farben, Kunststoffen und Gummi verwendet wird. Bei der Glasherstellung verbessert die aus Feldspat gewonnene Tonerde die Härte, Haltbarkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit der Produkte. In der Keramik wirken die Alkalien im Feldspat (Kalzium-, Kalium- und Natriumoxid) als Flussmittel, das die Schmelztemperatur einer Mischung senkt. Flussmittel schmelzen in einem frühen Stadium des Brennvorgangs und bilden eine glasartige Matrix, die die anderen Komponenten des Systems miteinander verbindet. In den USA werden etwa 66 % des Feldspats für die Glasherstellung, einschließlich Glasbehälter und Glasfasern, verbraucht. Der Rest entfällt auf Keramik (einschließlich elektrischer Isolatoren, Sanitärkeramik, Töpferwaren, Geschirr und Fliesen) und andere Verwendungszwecke wie Füllstoffe. ⓘ

Bon Ami, das in der Nähe von Little Switzerland, North Carolina, eine Mine betrieb, verwendete Feldspat als Schleifmittel in seinen Reinigungsmitteln. Nach Angaben der Little Switzerland Business Association war die McKinney Mine die größte Feldspatmine der Welt und North Carolina der größte Produzent. Feldspat wurde bei der Gewinnung von Glimmer weggeworfen, bis William Dibbell um 1910 ein hochwertiges Produkt an das Unternehmen Golding and Sons in Ohio lieferte. ⓘ

In den Geowissenschaften und der Archäologie werden Feldspäte für die Kalium-Argon-Datierung, die Argon-Argon-Datierung und die Lumineszenz-Datierung verwendet. ⓘ

Im Oktober 2012 analysierte der Mars-Rover Curiosity ein Gestein, das einen hohen Feldspatgehalt aufwies. ⓘ

Bilder

Probe des seltenen plumbianischen (bleihaltigen) Feldspats
Auf kristallisiertem, weißem Feldspat sitzt ein aufrechter, 4 cm großer Aquamarin-Kristall
Feldspat und Mondstein, aus Sonora, Mexiko
Schörlkristall auf einer Ansammlung von euedrischen Feldspatkristallen
Erster Röntgenblick auf Marsboden - Feldspat, Pyroxene, Olivin enthüllt (Curiosity-Rover im "Rocknest", 17. Oktober 2012).
Lunarer eisenhaltiger Anorthosit #60025 (Plagioklas-Feldspat). Gesammelt von Apollo 16 im Mondhochland in der Nähe des Kraters Descartes. Diese Probe ist derzeit im National Museum of Natural History in Washington, D.C. ausgestellt. ⓘ

Plagioklase

Plagioklase (auch Kalknatronfeldspate), Kristalle der Ab-An-Mischkristallreihe mit den Endgliedern Albit (NaAlSi₃O₈) und Anorthit (CaAl₂Si₂O₈), zeichnen sich dagegen durch einen großen Gehalt an Calcium und Natrium aus. Da man makroskopisch keine Unterschiede erkennt, werden die Mischkristalle nach dem Anteil des Anorthits unterteilt: Albit (0–10 %), Oligoklas (10–30 %), Andesin (30–50 %), Labradorit (50–70 %), Bytownit (70–90 %) und Anorthit (90–100 %). Diese Mischkristallreihe der Plagioklase besitzt ebenfalls temperaturabhängige Entmischungen, die allerdings weniger ausgeprägt sind als bei den Alkalifeldspaten und sich nur in mikroskopisch dünnen Lamellen im Kristall zeigen. Man kennt drei Mischungslücken, die wieder nach dem Anteil des Anorthits unterschieden und als Peristerit-Entmischung (2–16 %), Bøggild-Entmischung (47–58 %) und Huttenlocher-Entmischung (67–90 %) bezeichnet werden. ⓘ

Dünnschliff eines albit-reichen Plagioklases (Pla) von den Lofoten. Die polysynthetischen Zwillinge sind gut unter gekreuzten Polarisatoren zu sehen. Weiter befinden sich Muskovit (Hg) und Quarz (Qz) im Bild. Bildbreite 3,3 mm. ⓘ

Ternäre Feldspate

Ternäre Feldspate liegen im inneren des Dreiecks aus Kalifeldspat-Albit-Anorthit mit einer jedoch bei sinkenden Temperaturen zunehmend großen Mischungslücke. ⓘ

Bildung und Fundorte

Feldspate treten meist in Form tafeliger oder säuliger, oft verzwillingter Kristalle auf und finden sich sowohl in magmatischen als auch in metamorphen und Sedimentgesteinen. ⓘ

Welcher Feldspattyp sich in einem gegebenen magmatischen Gestein findet, hängt von der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur der ursprünglichen Schmelze ab: Kalifeldspate bilden sich bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen in siliziumdioxidreichen Magmen, die beim Abkühlen die Gesteine Granit und Rhyolith bilden. Ist die Schmelze dagegen eher arm an Siliziumdioxid und kristallisiert bei vergleichsweise hoher Temperatur, so entstehen Plagioklase, die sich dann in Gesteinen wie Gabbro oder Basalt finden. ⓘ

Durch natürliche Verwitterung entsteht aus Feldspat Ton (Bodenart):

\mathrm {2KAlSi_{3}O_{8}+2H_{2}CO_{3}+H_{2}O\longrightarrow \ Al_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}+4SiO_{2}+\ 2K^{+}\ +\ 2HCO_{3}^{-}}

Das entstehende $\mathrm {Al_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}}$ ist ein Tonmineral. ⓘ

Die größten Abbauländer von Feldspat waren im Jahr 2020 die Türkei, Italien, Indien, der Iran und China. Einen Überblick über die globalen Abbaumengen gibt folgende Tabelle:

Land	2019	2020 ⓘ
	(in Tonnen)
Ägypten	400.000
Brasilien	300.000	300.000
Volksrepublik China	2.000.000	2.500.000
Deutschland	260.000
Indien	4.000.000	6.000.000
Iran	750.000	2.400.000
Italien	4.000.000	2.200.000
Malaysia	202.000
Mexiko	210.000	300.000
Polen		405.000
Russland	290.000	300.000
Saudi-Arabien	210.000
Spanien (inklusive Pegmatit)	800.000	650.000
Südkorea	620.000	415.000
Thailand	1.200.000	1.200.000
Tschechien	441.000	419.000
Türkei	5.500.000	5.000.000
Vereinigte Staaten	450.000	430.000
Andere Länder	1.320.000	1.920.000
Gesamt (gerundet)	23.000.000	24.400.000

Verwendung

Labradorit, angeschliffen ⓘ

Einige Varietäten des Feldspat wie Labradorit oder Orthoklas finden bei geeigneter Qualität als Schmuckstein Verwendung. ⓘ

Feldspat ist neben Kaolin und Quarz ein wichtiger Bestandteil bei der Porzellanherstellung. ⓘ

Besonders reiner Feldspat wird als Ausgangsmaterial für Zahnersatz (Inlays, Veneers) verwendet. Das Mineralgestein wird gemahlen, gereinigt und gebrannt. Chemische Prozesse spielen dabei keine Rolle. Die daraus industriell gefertigte Keramik ist in ihren physikalischen Eigenschaften der natürlichen Zahnsubstanz sehr ähnlich, wodurch sie sich optimal in den Zahn einfügt. ⓘ

Bei der Herstellung von Steinzeugfliesen und Platten dient Feldspat dazu, die Glasur in einem Arbeitsgang aufzusintern. Bereits vor dem Brennen des Scherben wird die Glasur aufgetragen und im Ofen auf etwa 1350 °C erhitzt. Der im Scherben enthaltene Feldspat schmilzt und sorgt neben Festigkeit und Zusammenhalt des Werkstücks auch für die Anbindung der Glasur auf der fertigen Fliese. ⓘ