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Ein Stein der kosmischen Temperaturen

ильменит
© Форпост Северо-Запад / Горный музей

Dieses Mineral ist die Quelle des begehrtesten Metalls des 21. Jahrhunderts. Ohne sie gäbe es keine modernen Flugmotoren, Flugzeuge und Hubschrauber, und Schiffe könnten nicht ins Universum fliegen.

Ilmenit ist der Name des Minerals, das im frühen 19. Jahrhundert von dem herausragenden deutschen Wissenschaftler Alexander von Humboldt entdeckt wurde. 1829 wurde Humboldt vom Finanzminister Jegor Kankrin nach Russland eingeladen, um die Lagerstätten des Urals zu studieren, zu erforschen und zu analysieren, als Kaiser Nikolaus I. ihm die Aufgabe stellte, die russische Währung in eine zuverlässigere aus Platin oder Silber umzuwandeln. Als Ergebnis von Humboldts Expedition wurden viele Mineralien entdeckt, die der Wissenschaft bis dahin unbekannt waren. Einige von ihnen wurden zum Studium an das Museum des Bergbaukadettenkorps (heute Bergbauuniversität St. Petersburg) geschickt. Darunter ist der Stein Ilmenit, so genannt nach dem Ilmensky-Gebirge, wo er zuerst entdeckt wurde.

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© Форпост Северо-Запад / Горный музей

Anfänglich wurde es mit dem bereits bekannten eisenhaltigen Mineral Hämatit verwechselt. Einem der Expeditionsmitglieder, Gustav Rose, fiel jedoch auf, dass die beiden Minerale zwar sehr ähnlich aussahen, sich der Ilmenit aber durch seinen ungleichmäßigen Glanz und den geringeren Eisengehalt unterschied. Als man später entdeckte, dass der Stein Titan enthielt, gab es keinen Zweifel an der Neuartigkeit dieser Entdeckung. Die Titankristalle aus Ilmenit, die sich durch ihre ungewöhnliche Form unterscheiden und den Blütenblättern einer Blume ähneln, wurden unter dem Namen "Titanrosen" nach St. Petersburg geliefert. Solche Proben des Steins galten schon immer als Rarität und wurden sofort von privaten Sammlungen aufgenommen. In der Regel wurde das Mineral als unauffällige, dichtkörnige Masse gefunden. Unter den ersten Funden im Ural befanden sich Exemplare, die über 50 Kilogramm wogen.

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© Форпост Северо-Запад / Горный музей

Als Titanquelle haben sowohl Ilmenit als auch das Metall selbst lange Zeit nach ihrer Entdeckung keine industrielle Anwendung gefunden. Das hing mit der Komplexität der Gewinnung der nützlichen Komponente aus dem Erz zusammen. Erst 1940 patentierte der Luxemburger Guillaume Kroll ein relativ einfaches Verfahren zur Herstellung von Titan, das bis heute zu den beliebtesten gehört.

Das eigentliche Interesse an Metall als superstarkem und superleichtem Konstruktionswerkstoff entstand am Ende des Zweiten Weltkriegs im Zusammenhang mit dem Aufkommen der Düsenluftfahrt, und sein Hauptabnehmer war zunächst die Luftwaffe. Die Wahl von Titan als Material für die Flugzeugteile wurde durch seine Eigenschaften begründet. Erstens ist dieses Metall fester als Stahl, aber gleichzeitig ist es zwei Mal leichter als Stahl. Zweitens ist es hoch hitzebeständig und hitzefest. Darüber hinaus ist Titan sehr korrosionsbeständig. Auf einer Platte aus diesem Material wird während eines zehnjährigen Aufenthalts im Meerwasser keine einzige Spur von Rost auftreten. Das Metall ist in der Lage, hohen Belastungen standzuhalten, wie sie z. B. Flugzeuge beim Starten und Landen erfahren.

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In der UdSSR wurde Titan nicht nur zu Verteidigungszwecken, sondern auch in verschiedenen Wirtschaftszweigen eingesetzt. In chemischen und metallurgischen Betrieben wurden Stahlteile durch solche aus Titan ersetzt, um die Zuverlässigkeit der Anlagen zu erhöhen. Nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion blieb Russland sowohl ohne erschlossene Lagerstätten als auch ohne führende Verarbeitungsbetriebe, die sich überwiegend in der Ukraine befanden. Zwanzig Jahre später kommen etwa 99,9 % des Titan-Rohmaterials in Russland aus anderen Ländern.

Heute gibt es Erschließungen im Land, die nach Titanerzen erkundet werden. Die Kosten für Titan auf dem Markt sind hoch, und für die Zukunft sagen Experten ein explosives Wachstum voraus.

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Das Mineral Ilmenit spielt bei der Versorgung der Welt mit Titan keine geringe Rolle. Im Jahr 2020 lag die Weltproduktion von Ilmenit nach Angaben des American Geological Survey bei rund 5 Millionen Tonnen. Das Gestein deckt 90 % des weltweiten Bedarfs an Titan-Rohstoffen.

Das aus dem Mineral gewonnene Titan ist auch in der Medizin unverzichtbar. Es wurde festgestellt, dass es absolut sicher für den menschlichen Körper ist, was es zu einem ausgezeichneten Material für verschiedene chirurgische Prothesen und Salben gegen Hautkrankheiten macht. Außerdem werden Titanplatten in Körperpanzern und zur Herstellung von hartnäckigen Tünchen verwendet.

Die Bergbauuniversität St. Petersburg betreibt kontinuierliche Forschung auf dem Gebiet der Entwicklung neuer feuerfester Stoffe auf der Basis von Titan. In der Abteilung Mineralienaufbereitung werden Experimente durchgeführt, um Materialien mit Schmelztemperaturen von über 3.000 Grad Celsius zu erhalten, die aggressiven salzhaltigen Umgebungen standhalten, wie z.B. Kryolith-Aluminiumoxid-Schmelzen, in denen elektrolytische Prozesse der Aluminiumgewinnung stattfinden.

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© Форпост Северо-Запад

"Der Stoff Titandiborid wird aus Titanoxiden gewonnen. Gleichzeitig haben Titanoxide verschiedene Modifikationen - Anatas und Rutil, die in der Pigmentierung und sogar in der Entwicklung von Solarzellen verwendet werden können. Wissenschaftler der Bergbauuniversität haben vorgeschlagen, dass das Kristallgitter im Moment des Übergangs von Anatas zu Rutil eine erhöhte Aktivität aufweist, aber niemand hat untersucht, was man dagegen tun kann. In der Praxis haben wir unter den Laborbedingungen der Bergbauuniversität bewiesen, dass wir durch die richtige Zusammensetzung der Reaktionsmischung und die strikte Einhaltung des Niedrigtemperatur-Syntheseprozesses Titandiborid erhalten können, jene sehr feuerfeste Substanz, die in der Metallurgie und Raumfahrtindustrie extrem gefragt ist", sagt der Assistent der Abteilung für Automatisierung technologischer Prozesse und Produktionen Sergey Fedorov.

Zur Erinnerung: 2019 unternahmen deutsche und russische Mineralogen der Bergakademie Freiberg und der Bergbauuniversität St. Petersburg eine Expedition, die die Route des Naturforschers Alexander von Humboldt vollständig wiederholte, die von Berlin nach St. Petersburg und Moskau, dann entlang der Wolga nach Kasan, in den Ural, nach Sibirien und zurück über das Kaspische Meer führte.