Zirkonia – künstlicher Edelstein mit dem Feuer der Diamanten

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Zirkonia – künstlicher Edelstein mit dem Feuer der Diamanten

Seit seiner Entstehung vor über vier Milliarden Jahren ist der Zirkon das älteste bekannte Mineral der Erde und des Mondes und eines der am häufigsten auftretenden Mineralien in der Erdkruste. Zirkon gehört als Mineral zu der Mineralklasse der Silikate und Germanate. Der Zirkon kristallisiert im tetragonalen System der Kristalle unter der chemischen Formel ZrSiO4. Zirkon hat verglichen mit anderen Mineralien eine relativ hohe Mohshärte von 6,5 bis 7,5. Das Mineral tritt in den Farben Rot, Braun, Goldgelb aber auch in Blau, Grün, Schwarz oder schlichtweg farblos auf. Weiß ist die gängigste Strichfarbe. Einzelne Stücke, die wegen ihrer Größe und Reinheit die Qualität von Edelsteinen besitzen, sind ein beliebter Ersatz für Diamanten. Aus diesem Grunde kommt es zeitweise zu Verwechslungen. Zirkon darf nicht mit dem synthetisch hergestellten Zirkonia, der die Formel ZrO2 (Zirconiumdioxid) aufweist, verwechselt werden. Auch Zirkonia kann als Zierstein und Diamantimitation in den Handel geraten.

Ursprüngliche Bedeutung und Zusammensetzung von Zirkon

Die Bezeichnung Zirkon lässt sich auf zwei verschiedene ursprüngliche sprachliche Begriffe zurückführen. Einerseits könnte der Name vom arabischen zarqun stammen, das mit Zinnober übersetzt werden kann. Andererseits könnte hiermit auch das persische Wort zargun, zu Deutsch goldfarben, Pate gestanden haben. Helle Zirkone werden ausgehend von diesen Begriffen als Jargon bezeichnet. 1783 verfasste Abraham Gottlob Werner erstmals eine erste wissenschaftliche Studie zu diesem Thema. Martin Heinrich Klaproth benutzte den Namen 1789 erstmals für die von ihm entdeckte Zirkonerde und übertrug ihn auf den entsprechenden Edelstein. In aller Regel umfasst Zirkon Einschlüsse und Verunreinigungen unterschiedlicher Bestandteile und mineralischer Stoffe. In der Theorie besteht die Zusammensetzung der Oxide beim Zirkon aus 32,9 Prozent SiO2 und aus 67,1 Prozent ZrO2. Nach neueren Studien kann das Mineral in extremen Varianten bis zu 30 Prozent Hafniumoxid, 12 Prozent Thoriumoxid oder 1,5 Prozent Uranoxid enthalten. Je nach deren Anteilen schwankt die Dichte zwischen 4,3 bis 4,8 g/cm³. Bei der Produktion von reinem Zirkonium aus Zirkon haben vor allem die Verunreinigungen durch Hafnium zum Einsatz in der Reaktortechnologie ein besonderes Gewicht. Dies hat den Hintergrund, dass die aufwendige Trennung beider Elemente aufgrund der ähnlichen Eigenschaften besondere Schwierigkeiten bereitet.

In der Lehre der Minerale gehört der Zirkon zur Ordnung der sogenannten Inselsilikate. Aus neuerer Sicht der Mineralsystematik wird dies allerdings präziser gefasst. Hier wird genauer nach dem Aufkommen weiterer Anionen und dem Zusammenspiel der beteiligten Kationen unterteilt. Der Zirkon wird nach der im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale ebenfalls in die Abteilung der Inselsilikate, Unterordnung „SiO4-Gruppen nur mit Kationen” zugeordnet, in der das Mineral zusammen mit Thorit, Coffinit, Thorogummit und Hafnon eine eigenständige Gruppe bildet, die auch als Zirkon-Gruppe bezeichnet wird.

Bildung und Abbaugebiete von Zirkon

Primär entsteht Zirkon als frühes Kristallisationsprodukt vulkanischen Gesteins wie Granit und alkalireichen Gesteinen wie Syenit und Pegmatit. Das Mineral wird in metamorphen Gesteinsschichten in der Gestalt von kristallisierten Korngebilden angetroffen. Sedimentgesteine weisen sogenannte detritische Zirkone auf. Detritische Zirkone sind durch Erosion bewegte und abgelagerte Körner. Zum Beispiel liegt die durchschnittliche Größe der Kristalle in Gesteinsschichten aus Granit zwischen 100 und 300 Mikrometer, wobei aber auch von Fall zu Fall Größen von mehreren Zentimetern erreicht werden können. Dies kommt besonders in Pegmatiten und Schwermineralseifen vor. Bei der Betrachtung der Form sowie der Ausbildung der kristallinen Fläche des Zirkons können Rückschlüsse auf die Bedingungen seiner Entstehung und die weitere Entwicklung des Minerals gezogen werden.

Bislang konnte Zirkon an mehr als 3.000 Lagerstätten nachgewiesen werden. Auch auf dem Meeresboden wie etwa auf der Kontinentalplatte vor der Küste von New Jersey, dem Mittelatlantischen Rückens und des Südwestindischen Rückens sowie in einigen Gesteinsproben des Mondes wurde Zirkon nachgewiesen. Bekannte Fundorte des Zirkons sind u. a. Australien, Madagaskar, Norwegen, Thailand, Birma, Ceylon, Deutschland, Kambodscha, Sri Lanka, Tansania, die Vereinigten Staaten sowie Kanada.

Das Farbspiel des Zirkons

Wie bereits angesprochen variiert die Farbe des Zirkons von farblos über rot, gelbrot und goldgelb bis braun. Allerdings kann der Zirkon auch blau, grün, oder schwarz erscheinen. Der sogenannte Hochzirkon kommt meist in den Farben Rosa-Orange, Braun, Blau und farblos vor. Der sogenannte Mittelzirkon erscheint oft rötlich-gelb, grünlich-braun oder grün. Beim Tiefzirkon herrschen Grün-Töne vor. Die roten, gelben, blauen oder farblosen Varietäten entstehen oft durch Brennen von bräunlichen Zirkonen. Grüne Exemplare sind sehr selten und werden von Sammlern leidenschaftlich gesucht. Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften im Hinblick auf die Lichtbrechung kommt es bei den geschliffenen Zirkonen zu einem besonders starken Glitzern. Farblose Zirkone werden aus diesem Grunde auch als Diamant-Ersatz zu Brillanten geschliffen, wobei auch Fälschungen möglich sind.

Zirkone in der Altersbestimmung von Gesteinsschichten

In der Geochronologie kommt den Zirkonen, seitdem es die radiometrische Altersbestimmung gibt, eine besonders Bedeutung zu. Sie enthalten nämlich geringe Mengen der radioaktiven Uran-Isotope 235U und 238U sowie des Thorium-Isotops 232Th. Die genannten Isotope lösen sich über Zerfallsreihen in verschiedene Bleiisotope auf. Durch die Ermittlung der entsprechenden Thorium-Blei- oder Uran-Blei-Verhältnisse können das Alter der Kristallisation des Zirkons und damit oft auch das entsprechende des ihn umgebenden Gesteins bestimmt werden. Zirkone besitzen die Eigenschaft, dass sie gegenüber geologischen Beeinträchtigungen wie Erosion und auch extremer Gesteinsmetamorphose äußerst widerstandsfähig sind und derartige Ereignisse in der Zusammensetzung der Isotope „ablegen”. Zirkone sind die bislang ältesten Minerale, die auf der Erde gefunden wurden: Das Mineral aus dem Narryer Gneiss-Terran in Westaustralien ist bereits mehr als 4,4 Milliarden Jahre alt. Das Alter der ältesten Probe von Mondgestein mit Anteilen von Zirkonen wurde auf 4,417 Milliarden Jahren bestimmt. Die Ergebnisse der Altersbestimmungsmethode entsprechen dem Kristallisationszeitraum dieser Zirkone.

Der Rohstoff Zirkon

Der Rohstoff ist das bedeutende Hafnium- bzw. Zirconiumerz. Verwendung findet es in der Herstellung als feuerfeste Steine zusammen mit Korund oder Tonerde. Ebenso wird es in der Glasindustrie, als Formsand in Gießereien sowie als Schleifmittel verwandt. Das aus dem ursprünglichen Grundstoff gewonnene Zirconiumdioxid weist einen Schmelzpunkt von etwa 2.800 Grad Celsius auf und wird zur Produktion von Schmelztiegeln und in der Fertigung von Zahnersatz eingesetzt. Neben anderen Anwendungsbereichen wird Zirconium in Kernreaktoren verarbeitet. Bei der Endlagerung beispielsweise von Plutonium wird Zirkonglas zur Ummantelung von radioaktiven Abfällen verwendet. In dieser Weise ausgerüstete Behälter sollen der Strahlung nach wissenschaftlichen Studien etwa 2.000 Jahre standhalten. Jedoch haben Forscher der britischen University of Cambridge im Experiment ermittelt, dass die voraussichtliche Dauerhaftigkeit der Resistenz des Zirkons gegenüber Plutonium 239 wesentlich niedriger ist.

Die bedeutendsten Fundstätten sind die sogenannten Schwermineralseifen, in denen das Mineral in einzelnen Bereichen gesteinsbildend abgebaut werden kann. Ergiebige Abbaustätten befinden sich in den Vereinigten Staaten, in Indien, Australien, Südafrika und Sri Lanka. Größere Stücke von Zirkon sind aufgrund seiner hohen Verbreitung oder Dispersion, wie diese fachspezifisch genannt wird, von 0,038 – Vergleichswerte Quarz: 0,013, Diamant: 0,044 und Zirkonia 0,066 – geschätzte Schmucksteine. Braune oder trübe Zirkone können durch die Behandlung mit hohen Temperaturen farblich verändert werden. Abhängig vom Einsatz der Hitze entstehen auf diese Weise blaue, goldgelbe oder farblose Kristalle. Potenzielle Käufer können wegen der großen Ähnlichkeit des farblosen Zirkons mit dem Diamant leicht getäuscht werden. Die in Sri Lanka im 19. Jahrhundert vorkommenden farblosen Zirkone wurden zum Beispiel für weniger wertvolle Diamanten gehalten. Eine weitere Möglichkeit zur Verwechslung liefert der blaue Zirkon mit Spinell.

Künstliche Diamanten – Zirkonia

Zirkonia ist die Imitation eines Diamanten, der bei der Schmuckherstellung verwendet wird. Zirkonia sind künstlich produzierte Kristalle aus Zirconium(IV)-oxid. Ihre genaue Formel lautet: ZrO2. Das Zirconiumdioxid stabilisiert sich in der kubischen Hochtemperaturphase. Cubic Zirkonia (CZ) wird auch Fianit genannt. 1937 wurde Fianit im namensgebenden Lebedew-Institut (FIAN physikalisches Institut der russischen Akademie der Wissenschaften) synthetisiert. Zirkonia mauserte sich wegen seines Härtegrades von 8 bis 8,5 auf der Mohs-Skala und eines fortgeschrittenen Produktionsprozesses zum qualitativ hochwertigen, preiswerten Schmuckstein. Auch in unserer Zeit ist Zirkonia in der Schmuckindustrie begehrt.

Das Kürzel KSZ steht für kubisch stabilisiertes Zirconium-Oxid. Als Schmuckstein kann das Kunstprodukt entweder mit Calciumoxid oder mit Yttriumoxid stabilisiert sein. Kristalle, die mit Yttrium stabilisiert sind, verhalten sich bei Abdeckungen mit Borsäure oder bei Reparaturen im Feuer unproblematisch. Dagegen hat sich in der Praxis erwiesen, dass die mit Calcium stabilisierten Steine im Umgang mit Borsäure Spuren durch Verätzungen davontragen. Mit welchem Oxid das Zirkonium stabilisiert wurde, kann nicht ohne aufwendige Analysen bestimmt werden. Bei Reparaturen von vermeintlichem Brillantschmuck besteht durchaus die Gefahr von Beschädigungen, wenn in Wahrheit KSZ vorliegt.

Die Produktion von KSZ liefert künstliche Kristalle in allen Formen, Schattierungen, Größen und sogar mit unechten Einschlüssen. Der Preis eines Zirkonia mit dem Gewicht von einem Karat ist niedriger als der tausendste Teil von dem, was ein Käufer für einen ebenso großen Brillanten guter Qualität anlegen muss. Selbst Juweliere können qualitativ hochwertige Zirkonia-Steine kaum durch bloßen Augenschein, sondern erst durch eine vergleichende Messung des Wärmeleitwerts von Diamanten bestimmen. Diamanten leiten die Wärme besonders gut, während Zirkonia Wärme kaum oder nur sehr schlecht transportiert. Darüber hinaus kommen die unterschiedliche Lichtbrechung und die Dichte als weitere relativ einfache und vor allem nicht das Objekt zerstörende Mess-Verfahren zur Abgrenzung zum Diamanten infrage. Der Lichtbrechungsindex für Zirkonia beträgt 2,18, der für den Diamanten 2,42; und Dichte wird für Zirkonia mit 5,8 g/cm³ und für den Diamanten mit 3,5 g/cm³ angegeben.

Der Zirkonia, der nicht nur in seiner Zusammensetzung dem ursprünglichen Kristall Zirkon ähnelt, ist ein besonders attraktiver Schmuckstein, der allerdings aufgrund seiner starken Ähnlichkeit zum Diamanten oft als Fälschung betitelt wird.

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