Merkwaardige macro mineralen
een informatieve rubriek met handstukken uit de collectie van Raymond Dedeyne, door hemzelf becommentarieerd en door Theo Muller van foto’s voorzien - voor vragen of suggesties, email mmm@minerant.orgRUTIEL
Graves Mountain, Lincoln County, Georgia, USA.jpg)
Mineralen met dezelfde chemische samenstelling zijn polymorfen. Die worden door het IMA als afzonderlijke mineralen beschouwd wanneer hun structuren topologisch verschillend zijn – topologie wordt daarbij gedefinieerd als het geheel van de aanwezige atomen en structurele groepen én de manier waarop die (via de bindingen) onderling met elkaar verbonden zijn. Een schoolvoorbeeld zijn de twee dimorfen van koolstof: diamant en grafiet, die wel dezelfde chemische samenstelling hebben, maar totaal verschillende kristalstructuren – het zijn dan ook twee afzonderlijke mineralen.
Sommige chemische substanties hebben meerdere polymorfen. Titaandioxide – chemische formule TiO2 - heeft er zelfs vijf: rutiel, anataas, brookiet, akaogiet en riesiet; en dan tel ik daar nog niet eens twee extra vormen bij die nog aan het IMA moeten worden voorgelegd voor goedkeuring en die in afwachting onder zogenaamde UM-namen door het leven gaan. Twee van die vijf zijn nauwelijks bekend: riesiet en akaogiet zijn allebei monoklien, gevormd door hoge druk impact in meteorietkraters en enkel bij “die-hard” systematiekers bekend. Rutiel, anataas en brookiet daarentegen komen veel frequenter voor en zijn dan ook in de meeste verzamelingen terug te vinden. Figuur 1 illustreert de meest voorkomende kristalvorm bij elk van deze mineralen.
Figuur 1: meest frequent voorkomende kristalvormen bij rutiel (a), anataas (b) en brookiet (c)
Brookiet behoort tot het orthorombisch kristalstelsel. Rutiel en anataas daarentegen zijn allebei tetragonaal en zelfs hun kristalklasse - ditetragonaal-dipiramidaal, 4/mmm – is dezelfde: een op het eerste zicht bevreemdende situatie voor twee toch totaal verschillende mineralen. Wanneer je echter gaat kijken naar hun respectievelijke elementaire cellen (figuur 2) wordt alles duidelijk: hun topologie is totaal verschillend en dat is ruim voldoende om ze allebei als afzonderlijke mineralen te beschouwen.
Figuur 2: anataas en rutiel elementaire cellen
Rutiel is van het rutiel/anataas/brookiet trio veruit het meest voorkomende en tegelijk ook het industrieel interessantste. De voornaamste toepassingen zijn de productie van titaanwit en van titaniummetaal. Het eerstgenoemde is een van de belangrijkste witte pigmenten, met een wereldwijde jaarproductie (2014) van meer dan 9 miljoen ton – het wordt toegevoegd aan plastics, rubber, papier (daar verhindert het o.a. dat de tekst aan de andere kant van je blad zichtbaar wordt), voeding, cosmetica, en nog veel meer. Paradoxaal genoeg is natuurlijke rutiel meestal sterk gekleurd in rode/bruine/gele tinten door het aanwezige ijzer (soms tot 10%) waarvan het dan eerst moet gezuiverd worden. Titaniummetaal is zeer sterk, corrosieresistent en vooral licht – met alsmaar groeiende toepassingen in de luchtvaart, geneeskunde, zeevaart, …, tot zelfs golfclubs en hoefijzers voor renpaarden. In 2020 bedroeg de wereldproductie 210 000 ton. Ilmeniet – chemische formule FeTiO3 – is het belangrijkste titaniumerts, gevolgd door rutiel. Dat laatste wordt voor de synthese van zowel titaanwit als titaniummetaal eerst met chloor omgezet naar titaniumtetrachloride (een regelrecht curiosum, want het is bij kamertemperatuur een vloeibaar zout dat kookt bij 136° !) dat dan door destillatie wordt gezuiverd.
Rutiel als mineraal is niet echt zeldzaam: er zijn wereldwijd heel wat afzettingen van bekend. De belangrijkste producent is Australië, gevolgd door (in volgorde) de RSA, Sierra Leone, Oekraïne (jawel!) en India. Meestal komt het voor als korrelige massa’s of lang-prismatische tot naaldvormige kristallen. Maar voor grote, goed gedefinieerde kristallen moet je in de USA zijn – meer bepaald bij Graves Mountain, in het noordoosten van de staat Georgia, op enkele honderden meter bezuiden US Highway 378, op nauwelijks enkele km van de staatsgrens met South Carolina. De streek wordt er getypeerd door getuigenheuvels: geïsoleerde heuvels die plots oprijzen uit een nagenoeg vlak landschap. Eentje daarvan is Graves Mountain, maar van die berg moet je je niet al te veel voorstellen: twee via een zadel met elkaar verbonden heuvels, 2100 meter lang in de NO richting. De hoogste daarvan haalde ooit 273 meter – ondertussen is daar na jarenlange mijndagbouw nog 75 meter van af gegaan.
De eerste mijnactiviteiten rond Graves Mountain dateren uit de eerste helft van de negentiende eeuw: restanten van oude exploratieschachten wijzen op goudprospectie - in de omgeving waren inderdaad ooit historische goudmijnen actief. Een eerste effectieve vermelding van mineralen komt er in 1859, wanneer professor C. H. Shepard opvallend goede specimens lazuliet en pyrophylliet in handen krijgt. Kort daarna komt daar ook nog rutiel bij van excellente kwaliteit. Die worden al snel door gereputeerde handelaars zoals Kunz en Ward opgepikt en verspreid op wereldwijde basis en trekken zodoende de aandacht van heel wat bekende wetenschappers, wat dan weer resulteert in uitgebreide publicaties. In 1892 schat Kunz dat rutielspecimens van Graves Mountain op zijn minst al $20 000 hebben opgebracht. Hij koopt dan ook het bovenste gedeelte van de heuvel en laat er vrienden graven naar mineralen op een 50/50 basis. Uitgebreide geologische studies leiden rond 1940 tot de ontdekking van enorme reserves kyaniet in het lokale kwartsganggesteente maar voorlopig is daar nog geen markt voor. Uiteindelijk wordt in 1963 de uitbating aangevat door het nieuw opgerichte Aluminium Silicates Inc., die het in 1965 echter al weer doorverkopen aan Combustion Engineering Inc. Vanaf dan komt de exploitatie pas goed op gang: kort daarna levert de dagbouwoperatie er al meer dan 50% van de hele VS-behoefte aan kyaniet voor de productie van vuurvaste steen. Het lokale “kyaniet-kwartsiet” bevat gemiddeld 10% kyaniet, met uitschieters tot 40%. Van 1984 tot 1986 wordt de mijn geleased door Pasco Mining Co, om dan terug in handen te komen van Combustion Engineering.
Sinds de ontdekking van Shepard in 1859 is Graves Mountain zowat een ononderbroken bron geweest van rutielspecimens die qua glans, afmetingen en kristalperfectie eigenlijk nooit een gelijke hebben gekend. Die werden aan het licht gebracht tijdens geologische uitstapjes van zowel universiteiten als lokale mineralenclubs en gedurende zeldzame korte periodes ook via sporadisch “specimen mining”. De lokale bevolking droeg eveneens haar steentje bij: zij verzamelden uit het kwartsgesteente geërodeerde floaters tijdens het ploegen van de omliggende velden en boden die te koop aan. Gilbert Withers – een mineralenhandelaar uit Atlanta, Georgia – vertelt in zijn memoires hoe hij op het einde van de dertiger jaren aan een oude inwoner vroeg of die soms op de heuvel “op kristallen ging jagen”. Hij kreeg het antwoord dat dat onnodig was, want ze kwamen vanzelf boven bij het omspitten van zijn tuin. Daarop gaf hij hem een halfvolle emmer met schitterende kristallen en daartussen een verkiezingsbadge van Woodrow Wilson, president van 1913 tot 1921! Tijdens de periode van exploitatie door Combustion Engineering was het wel moeilijk om een verzamelvergunning vast te krijgen, maar dat werd ruimschoots goedgemaakt door de mijnwerkers die aan de verkoop van specimens een mooi extraatje verdienden. Na het sluiten van de mijn kwam die onder toezicht van een opzichter die aanvankelijk “geheime overeenkomsten” afsloot voor individuele weekendbezoekjes, maar dat ontaardde als snel in een situatie waarbij voor elke dag in de week wel een afspraak kon gemaakt worden – met uitzondering van de vrije dag van de opzichter, wanneer die ging vissen …
Ook in meer recente tijden blijft Graves Mountain verbazen: in 1998 werd nog een pocket geopend die een slordige 1200 specimens opleverde, waarvan het grootste 12 cm haalde. Het grootste rutielspecimen hier ooit bovengehaald zou 25 cm lang zijn geweest en 5,5 kg hebben gewogen – maar dat is dan wel hoogst uitzonderlijk. De titel van het beste specimen gaat dan weer naar een groep van vijf grote kristallen op matrix van meer dan 15 kg. Meerlingen komen zó regelmatig voor dat enkelkristallen er eerder zeldzaam zijn. Ook cyclische meerlingen – gevormd door herhaalde tweelingvorming – komen er voor: 8- en 6-lingen worden frequent gevonden, 3- en 4-lingen zijn zeldzamer. Naast rutiel is Graves Mountain ook bekend voor zijn aantrekkelijke pyrophylliet- en lazulietspecimens. De eerstgenoemde vormen er mooie stervormige aggregaten van witte, beige of bruine langgerekte prismatische kristallen. Lazuliet werd er door Shepard al beschreven in 1859 en komt er voor als euhedrische kristallen tot 8 cm individueel die vaak volgens {001} vertweelingd zijn. Vóór het ontdekken van het voorkomen van Rapid Creek in Yukon, Canada was Graves Mountain zelfs de wereldwijde vindplaats nummer één voor dit mineraal. Kyaniet daarentegen – nochtans het ter plaatse meest frequent voorkomende mineraal - komt er niet voor als verzamelwaardige specimens.
Het specimen van de foto (85x45x50 mm) is afkomstig uit de verzameling Claude Hootelé op de Luikse beurs van 2017. Het is een spiegelglanzend éénkristal met een donkerroodbruine tot zwarte kleur die bij tegenlicht in fonkelend wijnrood overgaat. Morfologisch (figuur 3) is het samengesteld uit de vormen {100}, {110}, {111} met daarbovenop nog een heel prominent (2-12) vlak.
Met dank aan Paul Tambuyser voor de VESTA-kristaltekeningen en – elementaire cellen.
