Unsere Fähigkeit, Mineralien herzustellen, könnte den Edelsteinmarkt und die Medizinindustrie verändern und sogar dazu beitragen, Kohlenstoff aus der Luft zu saugen

Sep 14, 2023

Senior Research Fellow für Geometallurgie/Angewandte Geochemie, University of Queensland

Principal Research Fellow, The University of Queensland

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Die University of Queensland stellt als Mitglied von The Conversation AU finanzielle Mittel bereit.

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Letzten Monat entdeckten Wissenschaftler ein Mineral namens Edscottit. Mineralien sind feste, natürlich vorkommende Stoffe, die nicht leben, wie zum Beispiel Quarz oder Hämatit. Dieses neue Mineral wurde nach einer Untersuchung des Wedderburn-Meteoriten entdeckt, eines metallisch aussehenden Gesteins, das 1951 in Zentral-Victoria gefunden wurde.

Edscottit besteht aus Eisen und Kohlenstoff und wurde wahrscheinlich im Kern eines anderen Planeten gebildet. Es ist ein „echtes“ Mineral, also eines, das natürlich vorkommt und durch geologische Prozesse entweder auf der Erde oder im Weltraum entsteht.

Doch während der Wedderburn-Meteorit den ersten bekannten Fund von Edscottit enthielt, wurden auf der Erde weitere neue Mineralentdeckungen gemacht, bei denen es sich um Substanzen handelt, die durch menschliche Aktivitäten wie Bergbau und Mineralverarbeitung entstanden sind. Diese werden anthropogene Mineralien genannt.

Während echte Mineralien den Großteil der etwa 5.200 bekannten Mineralien ausmachen, gibt es etwa 208 vom Menschen hergestellte Mineralien, die von der International Mineralogical Association als Mineralien anerkannt wurden.

Einige werden absichtlich hergestellt, andere sind Nebenprodukte. In jedem Fall hat die Fähigkeit, Mineralien herzustellen, enorme Auswirkungen auf die Zukunft unserer schnell wachsenden Bevölkerung.

Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen, vor denen wir stehen. Während Regierungen über die Zukunft von Kohlekraftwerken debattieren, wird weiterhin Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt. Wir brauchen innovative Strategien, um es zu erfassen.

Ein möglicher Ansatz ist die aktive Herstellung von Mineralien wie Nesquehonit. Es findet Anwendung im Baugewerbe und erfordert für seine Herstellung die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

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Nesquehonit entsteht auf natürliche Weise, wenn magnesisches Gestein langsam zerfällt. Es wurde in der Paddy's River-Mine im Australian Capital Territory und an Standorten in New South Wales identifiziert.

Aber Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es auch hergestellt werden kann, indem man Kohlendioxid in eine alkalische Lösung überführt und es mit Magnesiumchlorid oder Natriumcarbonat/-bicarbonat reagieren lässt.

Dies ist ein wachsendes Forschungsgebiet.

Andere synthetische Mineralien wie Hydrotalcit entstehen, wenn Asbestrückstände passiv atmosphärisches Kohlendioxid absorbieren, wie Wissenschaftler in der Asbestmine Woodsreef in New South Wales herausgefunden haben.

Man könnte sagen, dass es sich um eine Art „moderne Alchemie“ handelt, die, wenn man sie nutzt, eine wirksame Möglichkeit sein könnte, in großem Maßstab Kohlendioxid aus der Luft zu saugen.

Bergbau und Mineralverarbeitung dienen der Gewinnung von Metallen aus Erzen, einem natürlichen Vorkommen von Gesteinen oder Sedimenten, die ausreichend Mineralien mit wirtschaftlich wichtigen Elementen enthalten. Aber durch Bergbau und Mineralienverarbeitung können auch neue Mineralien entstehen.

Durch Schmelzen werden eine Reihe von Rohstoffen wie Blei, Zink und Kupfer hergestellt, indem Erz auf hohe Temperaturen erhitzt wird, um reine Metalle herzustellen.

Bei dem Prozess entsteht auch ein glasartiges Abfallprodukt namens Schlacke, das sich als geschmolzene Flüssigkeit ablagert, die Lava ähnelt.

Nach dem Abkühlen sind die strukturellen und mineralogischen Ähnlichkeiten zwischen Lava und Schlacke kristallklar.

Untersuchungen im Mikromaßstab zeigen, dass vom Menschen hergestellte Mineralien in Schlacken eine einzigartige Fähigkeit besitzen, Metalle in ihrem Kristallgitter unterzubringen, was in der Natur nicht möglich wäre.

Dies bedeutet, dass die Metallrückgewinnung aus Bergbauabfällen (einer potenziellen Sekundärressource) eine wirksame Möglichkeit sein könnte, den wachsenden Metallbedarf der Gesellschaft zu decken. Die Herausforderung besteht darin, kosteneffiziente Prozesse zu entwickeln.

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Unser wachsendes Wissen über die Herstellung von Mineralien könnte auch einen großen Einfluss auf die wachsende Industrie zur Herstellung synthetischer Edelsteine ​​haben.

Im Jahr 2010 war die Welt beeindruckt von dem Verlobungsring, der der Herzogin von Cambridge, Kate Middleton, geschenkt wurde und einen Wert von etwa 300.000 Pfund (558.429 AUD) hatte.

Der Ring verfügt über einen 12-karätigen blauen Saphir, umgeben von 14 Solitärdiamanten, mit einer Fassung aus 18-karätigem Weißgold.

Nachbildungen davon wurden von Menschen auf der ganzen Welt erworben, allerdings für nur einen Bruchteil des Preises. Wie?

Im Jahr 1837 zeigte Marc Antoine Gardin, dass Saphire (mineralogisch bekannt als Korund oder Aluminiumoxid) durch die Reaktion von Metallen mit anderen Substanzen wie Chrom oder Borsäure nachgebildet werden können. Dadurch entsteht eine Reihe scheinbar identischer Farbsteine.

Bei näherer Betrachtung können einige Eigenschaften variieren, beispielsweise das Vorhandensein von Fehlern und Luftblasen sowie die Härte des Steins. Aber wahrscheinlich würde dies nur einem Gemmologen oder Edelsteinliebhaber auffallen.

Diamanten können auch synthetisch hergestellt werden, entweder durch einen Hochdruck-, Hochtemperatur- oder chemischen Gasphasenabscheidungsprozess.

Die Herstellung synthetischer Edelsteine ​​wird immer wichtiger, da die Beschaffung von Natursteinen immer schwieriger und teurer wird. In einigen Ländern werden auch die Rechte der Bergleute verletzt, was ethische Bedenken aufwirft.

Synthetische Edelsteine ​​finden auch industrielle Anwendungen. Sie können in der Fensterherstellung, in Halbleiterschaltkreisen und in Schneidwerkzeugen eingesetzt werden.

Ein Beispiel für ein vollständig hergestelltes Mineral ist etwas namens Yttrium-Aluminium-Granat (oder YAG), das als Laser verwendet werden kann.

In der Medizin werden diese Laser zur Korrektur des Glaukoms eingesetzt. In der Zahnchirurgie ermöglichen sie das Wegschneiden von weichem Zahnfleisch und Gewebe.

Der Schritt zur Entwicklung neuer Mineralien wird auch Technologien unterstützen, die die Erforschung des Weltraums durch die Schaffung von „Quantenmaterialien“ ermöglichen.

Quantenmaterialien verfügen über einzigartige Eigenschaften und werden uns dabei helfen, eine neue Generation elektronischer Produkte zu entwickeln, die erhebliche Auswirkungen auf die Raumfahrttechnologien haben könnten. Vielleicht ermöglicht uns das eines Tages, den Geburtsort von Edscottite zu besuchen?

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In den kommenden Jahrzehnten wird die Zahl der vom Menschen hergestellten Mineralien zunehmen. Und damit auch die Möglichkeit, neue Verwendungsmöglichkeiten für sie zu finden.

Durch die Ausweitung unserer Kapazitäten zur Herstellung von Mineralien könnten wir den Druck auf die vorhandenen Ressourcen verringern und neue Wege zur Bewältigung globaler Herausforderungen finden.