4.2.6.2 Chemische Zusammensetzung der Alunite

Alunit ist ein Endglied einer größeren Gruppe von Sulfaten mit der allgemeinen Formel AB₃(SO₄)₂(OH)₆. Alunit und einige andere Mineralphasen dieser Gruppe bilden eine vollständig mischbare isomorphe Reihe, von der Natroalunit und Jarosit die häufigsten Vertreter sind (BIRD et al. 1989). Weitere diadoche Beziehungen bestehen zu den Phosphaten (APS-Minerale) und den Arsenaten.

Das K:Na-Verhältnis im Alunit und Natroalunit läßt sich nach CUNNINGHAM & HALL (1976), wenn auch ohne hohe Genauigkeit, einfach und schnell mit der Röntgendiffraktometrie bestimmen. Die Atomprozente Na bzw. K sind direkt proportional zu den 2 Theta-Werten im Röntgendiagramm, wobei abnehmende Kaliumgehalte eine Verschiebung der Hauptinterferenzen zu höheren Winkelwerten bewirken (Abb. 91).

Untersucht wurden alunitreiche Proben vom Jebel Abu Tuyur und Jebel Umm Barakit. Zum Vergleich wurde zudem eine natriumreiche Alunitprobe von Hawaii in die Messungen miteinbezogen. Als interner Standard für die Winkelmessung diente Quarz. Um annähernd reine Alunitphasen zu erhalten, wurden ausgewählte Proben in Anlehnung an die Methode von NORRISH (1968) chemisch mit konzentrierter Flußsäure 3 Stunden lang behandelt. Hierdurch konnten die Kaolinit- und Opal-CT-Anteile eliminiert werden. Das nahezu reine Alunitkonzentrat zeigt im Röntgendiagramm (Abb. 92) für die jeweiligen Hauptinterferenzen eine Aufspaltung in zwei Reflexe, bedingt durch die gegenseitige Substitution von K⁺ und Na⁺ im Kationenkomplex. Die Reflexe für K-Alunit weisen hierbei, in Übereinstimmung mit den chemischen Gehalten, deutlich höhere Intensitäten auf.

Abb. 91: Röntgendiffraktometrische Bestimmung des
K-Na-Verhältnisses im Alunit nach CUNNINGHAM & HALL (1976).

Abb. 92: Röntgeninterferenzen eines Alunitkonzentrates
(K = Kalium-Alunit, Na = Natrium-Alunit; Probe 2328 J. Abu Tuyur).

Die untersuchten Alunitproben liegen im Diagramm in einem Intervall zwischen 86 und 98 Atom-% Kalium und entsprechen somit einem K-Alunit. Der erste Hauptreflex des Alunitkonzentrats zeigt nahezu 100 Atom-% Kalium, während der zweite Hauptreflex einem Gehalt von ca. 70 Atom-% Na entspricht. Berücksichtigt man die unterschiedlichen Intensitäten beider Reflexe, so ergibt sich ein rechnerischer Mittelwert von wiederum ca. 90 Atom-% Kalium. Als Vergleich wurden anhand der RF-Analysen des Gesamtgesteins die Verhältnisse von Na⁺ zu K⁺ im Alunit berechnet (Tab. 29).

Tendenziell stimmen die errechneten mit den röntgendiffraktometrisch ermittelten Gehalten überein. Letztere weisen jedoch etwas höhere Na-Gehalte auf, was auf die Ungenauigkeit der Methode zurückzuführen ist.

An einer Probe vom Jebel Abu Tuyur wurden Mikrosondenanalysen bei 15 kV an einzelnen Alunitkristallen durchgeführt. Es ließen sich im Vergleich zur idealen Zusammensetzung, auch unter Berücksichtigung der Aluminiumsubstitution durch Eisen, Defizite beim Al₂O₃ feststellen, die auf zu geringe Bestrahlungsenergie zurückzuführen sind (Tab. 30). Fünf zusätzliche Messungen bei 20 kV ergaben durchschnittliche Gehalte für Al₂O₃ = 36,33%, P₂O₅ = 0,17% und BaO = 0,28%.

Das Ergebnis der Analyse zeigt, daß der kaliumreiche Alunit neben Na⁺ auch gering durch Fe³⁺, Ba²⁺ und Ca²⁺ und untergeordnet auch durch PO₄^3- substituiert ist. Im Vergleich zu einer idealen Zusammensetzung besteht bei den Kationen ein leichtes Defizit, was sehr wahrscheinlich durch H₃O⁺ ausgeglichen wird. Nach Parker (1962) kann Hydronium ca. 15% der Kationen K⁺ bzw. Na⁺ substituieren.

Die meisten der idiomorph ausgebildeten Alunitkristalle zeigen einen Zonarbau. Die Ursache hierfür kann in einem periodischen Wechsel der Stoffzufuhr während des Kristallwachstums liegen. Auch Alternieren von Mineralwachstum und -auflösung infolge Über- und Untersättigung kann zu einem rhythmischen Zonarbau führen (RÖSLER 1988). Das Sekundärelektronenbild (Abb. 93) mit den dazugehörigen Elementverteilungen sowie ein Mikrosondenmeßprofil über den Alunitkristall (K, Na, S) machen deutlich, daß der Alunitkristall einen natriumreichen Kern besitzt, der nach außen hin in K-Alunit übergeht.

Abb. 93: Zonarbau in einem Alunitkristall mit den zugehörigen Elementverteilungen
und Mikrosondenmeßprofil (Probe 1888 - Jebel Abu Tuyur).

Auch GOO CHO & JIN KIM (1993) beschreiben zonierte, hydrothermal gebildete Alunitkristalle, die in Paragenese mit opalführenden Kaolinen (porcelain clay), Dickit, Quarz und Baryt in Form massiger Bildungen sowie als Hohlraum- und Kluftfüllungen auftreten. Die Zonierung ist, wie im Fall der Gedaref-Alunite, auf die rhythmische Verteilung von Kalium und Natrium im Kristall zurückzuführen und wird durch Fluktuationen in der Zusammensetzung der hydrothermalen Lösung bzw. durch einen Wechsel der Lösungszusammensetzung infolge rascher Ausfällung der stabileren K-Alunit-Phasen erklärt. HEDENQUIST et al. (1994) konnten hypogen gebildete, zonierte Alunitkristalle in den Alterationszonen von Cu-Au-Sulfiderzkörpern nachweisen. Im Nansatsu Distrikt (Japan) treten ebenfalls hypogene Alunite auf, deren Kern jedoch aus Woodhouseit [CaAl₃(OH)₆/SO₄,PO₄] besteht und nach außen in Alunit und Natroalunit übergehen.