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Struvit

Mineral aus der Struvitgruppe

Struvit ist ein selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ mit der chemischen Formel (NH4)Mg[PO4]·6H2O[2] und damit chemisch gesehen ein wasserhaltiges Ammoniummagnesiumphosphat.

Struvit
Struvitkristalle aus einer Gülleaufbereitungsanlage der TU Hannover
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Symbol

Suv[1]

Andere Namen

Ammoniummagnesiumphosphat

Chemische Formel (NH4)Mg[PO4]·6H2O[2]
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung) 		Phosphate, Arsenate und Vanadate
System-Nummer nach
Strunz (8. Aufl.)
Lapis-Systematik
(nach Strunz und Weiß)
Strunz (9. Aufl.)
Dana
VII/C.13
VII/C.23-010[3]

8.CH.40
40.01.01.01
Kristallographische Daten
Kristallsystem orthorhombisch
Kristallklasse; Symbol orthorhombisch-pyramidal; mm2[4]
Raumgruppe Pmn21 (Nr. 31)Vorlage:Raumgruppe/31[2]
Gitterparameter a = 6,95 Å; b = 6,14 Å; c = 11,22 Å[2]
Formeleinheiten Z = 2[2]
Häufige Kristallflächen {011}, {100}, {001}, {101}, {101}, {102}[5]
Zwillingsbildung nach {001}[5]
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 2
Dichte (g/cm3) gemessen: 1,711; berechnet: 1,706[5]
Spaltbarkeit gut nach {001}, undeutlich nach {010}[5]
Bruch; Tenazität muschelig bis uneben
Farbe farblos, weiß, gelblich bis bräunlich
Strichfarbe weiß
Transparenz durchsichtig bis durchscheinend
Glanz Glasglanz
Kristalloptik
Brechungsindizes nα = 1,495[6]
nβ = 1,496[6]
nγ = 1,504[6]
Doppelbrechung δ = 0,009[6]
Optischer Charakter zweiachsig positiv
Achsenwinkel 2V = gemessen: 37°; berechnet: 40°[6]

Struvit kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem und entwickelt meist farblose und durchsichtige, hemimorphe Kristalle mit isometrischem, keilförmigem oder kurzprismatischem bis tafeligem Habitus bis etwa drei Zentimetern Größe. Durch Kristallbaufehler bzw. vielfache Verzwillingung kann Struvit auch weiß erscheinen und durch Fremdbeimengungen eine braune Farbe annehmen.

Etymologie und Geschichte

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Struvit wurde erstmals 1846 bei archäologischen Grabungen unter der Kirche St. Nikolai in Hamburg gefunden und durch Georg Ludwig Ulex beschrieben, der das Mineral nach dem Naturkundler und Diplomaten Heinrich von Struve (1772–1851) benannte.[7]

Das Typmaterial des Minerals wird im Tresor des Mineralogischen Museums der Universität Hamburg[8] und im Muséum national d’histoire naturelle (MHN) in Paris unter der Sammlungsnummer 108.371 (CT) aufbewahrt.[9][10]

Da der Struvit bereits lange vor der Gründung der International Mineralogical Association (IMA) bekannt und als eigenständige Mineralart anerkannt war, wurde dies von ihrer Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) übernommen und bezeichnet den Struvit als sogenanntes „grandfathered“ (G) Mineral.[11] Die ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auch Mineral-Symbol) von Struvit lautet „Suv“.[1]

Klassifikation

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Bereits in der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Struvit zur Mineralklasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ und dort zur Abteilung der „Wasserhaltigen Phosphate, Arsenate und Vanadate ohne fremde Anionen“, wo er zusammen mit Struvit-(K) (auch Kaliumstruvit) die „Struvit-Reihe“ mit der System-Nr. VII/C.13 bildete.

Im zuletzt 2018 überarbeiteten und aktualisierten Lapis-Mineralienverzeichnis nach Stefan Weiß, das sich aus Rücksicht auf private Sammler und institutionelle Sammlungen noch nach dieser alten Form der Systematik von Karl Hugo Strunz richtet, erhielt das Mineral die System- und Mineral-Nr. VII/C.23-010. In der „Lapis-Systematik“ entspricht dies ebenfalls der Abteilung „Wasserhaltige Phosphate, ohne fremde Anionen“, wo Struvit zusammen mit Dittmarit, Hannayit, Mundrabillait, Niahit, Schertelit, Stercorit, Struvit-(K) und Swaknoit die unbenannte Gruppe VII/C.23 bildet.[3]

Auch die von der IMA zuletzt 2009 aktualisierte[12] 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Struvit in die Abteilung der „Wasserhaltigen Phosphate ohne fremde Anionen“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach der Größe der beteiligten Kationen und dem Verhältnis Anionenkomplex RO4 zu H2O. Das Mineral ist damit entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Mit großen und mittelgroßen Kationen; RO4 : H2O < 1 : 1“ zu finden, wo es zusammen mit Hazenit und Struvit-(K) die „Struvitgruppe“ mit der System-Nr. 8.CH.40 bildet.

Die Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Struvit ebenfalls in die Klasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ und dort in die Abteilung der „Wasserhaltige Phosphate etc.“ ein. Dort ist er zusammen mit Hazenit und Struvit-(K) in der nach ihm benannten „Struvitgruppe“ mit der System-Nr. 40.01.01 innerhalb der Unterabteilung „Wasserhaltige Phosphate etc., mit A2+B2+(XO4) × x(H2O)“ einsortiert.

Kristallstruktur

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Struvit kristallisiert isostrukturell mit Struvit-(K) im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Pmn21 (Raumgruppen-Nr. 31)Vorlage:Raumgruppe/31 mit den Gitterparametern a = 6,95 Å; b = 6,14 Å; c = 11,22 Å sowie 2 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[2]

Eigenschaften

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Ammoniummagnesiumphosphat zählt zu den besonders schwerlöslichen Verbindungen des Ammoniums und Magnesiums. In der langen, sargförmigen Kristallform des Struvits ist diese Verbindung so charakteristisch, dass sie im klassischen analytischen Trennungsgang zum Nachweis von Magnesium dient.

In warmer und trockener Luft laufen die Kristallflächen von Struvit mit der Zeit durch den Verlust von Kristallwasser (Dehydratisierung) weiß an.

Struvit ist pyroelektrisch und piezoelektrisch, kann also durch intervallartige Wärmeänderung und Verformungen elektrische Spannung aufbauen.

Bildung und Fundorte

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Belag aus einem Faulbehälter der Kläranlage Hannover-Herrenhausen

Struvit bildet sich in der Natur meist in torfiger, mit Viehmist oder Vogel- bzw. Fledermauskot vermischter Erde in Oberflächenablagerungen oder in Höhlenböden. Dort tritt es in Paragenese unter anderem mit Newberyit, Hannayit, Brushit und Stercorit auf.

Als seltene Mineralbildung konnte Struvit nur an wenigen Orten nachgewiesen werden, wobei weltweit bisher rund 30 Vorkommen dokumentiert sind (Stand: 2023).[13] In Deutschland fand sich das Mineral außer an seiner Typlokalität in der Hamburger St. Nikolai-Kirche noch bei Bad Homburg vor der Höhe in Hessen und in einer mittelalterlichen Kanalisation bei Lüneburg in Niedersachsen.

Weitere bekannte Fundorte liegen unter anderem in einigen Regionen von Victoria und Tasmanien in Australien; in der Gcwihaba-Höhle bei Maun in Botswana; in einigen Regionen der kanadischen Provinzen Yukon, Québec, Neufundland und Labrador; bei Aalborg in Dänemark; auf den Falklandinseln; in Deutschland neben seiner Typlokalität St. Nikolai (Hamburg) noch bei Bad Homburg vor der Höhe (Hessen) und Lüneburg (Niedersachsen); bei Trepča im Kosovo; im malayischen Bundesstaat Sarawak; auf Ichaboe Island in Namibia; im niederländischen Amsterdam; auf Réunion im indischen Ozean; am Saldanha Strand der Insel Hoedjes am Westkap von Südafrika; in den US-amerikanischen Regionen Colorado, Kalifornien und Maine sowie im Bundesstaat Miranda (Venezuela).[14]

Des Weiteren kann sich Struvit auch bei der Abwasserreinigung und bei der Gülleaufbereitung bilden. Stellenweise treten dabei so hohe Konzentrationen von Ammonium, Magnesium und Phosphat auf, dass die Sättigungskonzentration von Struvit überschritten wird. Dann bilden sich Beläge aus Struvit, die den Betrieb von Klär- oder Gülleaufbereitungsanlagen beeinträchtigen können.

Biologische Bedeutung

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Struvit kristallisiert in alkalischem Urin (pH 9)

In der Medizin ist Struvit als Material von Nieren- und Harnsteinen bekannt. Etwa elf Prozent der Nierensteine beim Menschen sind „Struvitsteine“ und die häufigste Art von Nierensteinen bei Kindern (etwa 93 %)[15]. Sie bilden sich in alkalischem Urin. Ursache der Alkalisierung sind Bakterien – vor allem Proteus mirabilis – meist infolge einer Pyelonephritis (Nierenbeckenentzündung) aufgrund eines aufsteigenden Harnwegsinfekts. Ausgangsstoff ist Harnstoff, der durch das bakterielle Enzym Urease zu Ammoniak abgebaut wird.

Unter den Haustieren sind besonders häufig Hauskatzen von Struvitsteinen betroffen. Bei ihnen kommen Struvitkristalle infolge des hohen pH-Wertes und der hohen Ammoniumkonzentration auch ohne Infektionen vor.[16] Im mikroskopischen Bild werden die Struvitkristalle wegen ihres Aussehens auch als „Sargdeckelkristalle“ bezeichnet.[17] Auch bei Haushunden sind Struvitsteine häufig. In einer Studie konnten bei 58 % der Hunde Struvitsteine diätetisch aufgelöst werden, eine gleichzeitige Antibiotikabehandlung machte die Auflösung wahrscheinlicher.[18]

Synthetische Herstellung und Verwendung

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Reaktor für die Fällung von Struvit (MAP) aus Urin mithilfe von Magnesiumoxid in einem Bürogebäude in Eschborn

Synthetisch hergestellter Struvit könnte zukünftig von großer Bedeutung als Ersatz-Phosphatdünger für die Landwirtschaft sein, da die weltweiten Phosphorreserven einigen Schätzungen zufolge in etwa 50–100 Jahren ausgebeutet sein werden (siehe auch Peak Phosphor). Neben der Senkung des Verbrauchs bemühen sich daher auch verschiedene wissenschaftliche Einrichtungen und Unternehmen, Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphaten zu entwickeln.[19]

So ist es beispielsweise dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik gelungen, Phosphor und Stickstoff durch ein elektrochemisches Verfahren aus Prozess- und Abwässern zu gewinnen. Dadurch werden NH4+ und PO43− mithilfe einer Magnesium-Elektrode als Struvit (in diesem Zusammenhang auch als MAP, für Magnesium-Ammonium-Phosphat, bezeichnet) ausgefällt. Im Gegensatz zu anderen Versuchen, Struvit auf rein chemischem Wege durch Zugabe von Magnesium und Erhöhung des Abwasser-pH-Wertes mit Natronlauge auszufällen, kommt das zum Patent angemeldete Verfahren des Fraunhofer-Instituts ohne chemische Zugaben aus. Die gewonnenen Struvitkristalle können anschließend als direktes, hochwertiges und langsam Nährstoffe freisetzendes Düngemittel eingesetzt werden.[20]

Struvit ist als Düngemittel besonders für den Ökolandbau interessant, weil es als Recyclingprodukt viele wichtige Kriterien erfüllt und helfen könnte, Phosphormangel im Ökolandbau zu vermeiden.[21]

Siehe auch

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Literatur

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  • G. L. Ulex: Ueber die beim Grundbau der Nicolaikirche aufgefundenen Crystalle. In: Mittheilungen aus den Verhandlungen der Naturwissenschaftlichen Gesellschaft in Hamburg. Heroldsche Buchhandlung, Hamburg 1856, S. 79–88.
  • G. L. Ulex: Struvit. In: Öfversigt af Kongliga Vetenskaps-Akademiens Förhandlingar. 1847, S. 32–33 (schwedisch, rruff.info [PDF; 162 kB; abgerufen am 9. Juni 2023]).
  • G. L. Ulex: Über Struveit. In: Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geognosie, Geologie und Petrefakten-Kunde. 1851, S. 51–59 (rruff.info [PDF; 584 kB; abgerufen am 9. Juni 2023]).
  • Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. 16. Auflage. Ferdinand Enke Verlag, 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 645.
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Commons: Struvite – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b Laurence N. Warr: IMA–CNMNC approved mineral symbols. In: Mineralogical Magazine. Band 85, 2021, S. 291–320, doi:10.1180/mgm.2021.43 (englisch, cambridge.org [PDF; 351 kB; abgerufen am 5. Januar 2023]).
  2. ↑ a b c d e Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 487 (englisch).
  3. ↑ a b Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
  4. ↑ David Barthelmy: Struvite Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 9. Juni 2023 (englisch).
  5. ↑ a b c d Struvite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org [PDF; 53 kB; abgerufen am 9. Juni 2023]).
  6. ↑ a b c d e Struvite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 9. Juni 2023 (englisch).
  7. ↑ Georg Ludwig Ulex: Ueber Struvit. In: Annalen der Chemie und Pharmacie. Band 66, 1848, S. 41–44 (Digitalisat [abgerufen am 9. Juni 2023]).
  8. ↑ A. Matthies: Typmaterial-Katalog – Struvit. Mineralogisches Museum der Universität Hamburg, 27. April 2022, abgerufen am 9. Juni 2023.
  9. ↑ Catalogue of Type Mineral Specimens – S. (PDF 315 kB) Commission on Museums (IMA), 10. Februar 2021, abgerufen am 9. Juni 2023.
  10. ↑ Catalogue of Type Mineral Specimens – Depositories. (PDF; 311 kB) Commission on Museums (IMA), 18. Dezember 2010, abgerufen am 9. Juni 2023.
  11. ↑ Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: July 2024. (PDF; 3,6 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Juli 2024, abgerufen am 13. August 2024 (englisch).
  12. ↑ Ernest H. Nickel, Monte C. Nichols: IMA/CNMNC List of Minerals 2009. (PDF; 1,9 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Januar 2009, archiviert vom Original am 29. Juli 2024; abgerufen am 30. Juli 2024 (englisch).
  13. ↑ Localities for Struvite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 9. Juni 2023 (englisch).
  14. ↑ Fundortliste für Struvit beim Mineralienatlas (deutsch) und bei Mindat (englisch), abgerufen am 9. Juni 2023.
  15. ↑ Berthold Koletzko: Kinder- und Jugendmedizin. 13. Auflage. Springer Medizin, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-48632-9, S. 478 f.
  16. ↑ A. Hesse: Harnsteinarten. Die Herkunft der Namen. In: Animal Stone Letter. Band 13, Nr. 7(1), 2013, S. 2 (harnsteinanalysezentrum-bonn.de [PDF; 1,9 MB; abgerufen am 9. Juni 2023]).
  17. ↑ Helmut Hofmann, Gerhart Jander: Qualitative Analyse. 4., durchgesehene, erweiterte und verbesserte Auflage. De Gruyter, Berlin, New York 1972, ISBN 3-11-003653-3, S. 101, Absatz 4.5.2.6., doi:10.1515/9783110834888.
  18. ↑ Allie M. Wingert, Olivia A. Murray, Jody P. Lulich, Alexis M. Hoelmer, Lindsay K. Merkel, Eva Furrow: Efficacy of medical dissolution for suspected struvite cystoliths in dogs. In: Journal of veterinary internal medicine. Band 35, Nr. 5, September 2021, S. 2287–2295, doi:10.1111/jvim.16252, PMID 34469023, PMC 8478031 (freier Volltext) – (englisch).
  19. ↑ Der letzte Dreck? Phosphor-Recycling aus Klärschlamm. 9. März 2021, abgerufen am 4. November 2021.
  20. ↑ Elektrochemisches Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor. Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik, abgerufen am 9. Juni 2023.
  21. ↑ Kerstin Hoppenhaus: Phosphormangel im Ökolandbau – Recycling-Dünger könnten eine Lösung sein. 16. April 2021, abgerufen am 9. Juni 2023.
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