Магнетит

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Магнетит
Magnetit (01tm).JPG
Магнетит
Формула Fe3O4
Молекулярная масса 231,54
Примесь Mg, Zn, Mn, Ni, Cr, Ti, V, Al
Статус IMA Действителен
Систематика по IMA (Mills et al., 2009)
Класс Окислы и гидроокислы
Подкласс Сложные окислы
Семейство Шпинели
Группа Ферришпинели
Физические свойства
Цвет Железно-чёрный
Цвет черты Чёрная
Блеск Металлический
Прозрачность Непрозрачен
Твёрдость 5,5—6 по шкале Мооса
Микротвёрдость 792
Хрупкость умеренно хрупкий
Спайность Несовершенная
Излом раковистый
Плотность 4,9—5,2 г/см³
Электропроводность Низкая
Температура плавления 1951—1957 (с разложением) °C
Кристаллографические свойства
Точечная группа m3m (4/m 3 2/m)
Пространственная группа Fd3m (F41/d 3 2/m)
Сингония кубическая
Параметры ячейки 0,8397 нм
Число формульных единиц (Z) 8
Оптические свойства
Оптический тип изотропный
Показатель преломления 2,42
Двулучепреломление отсутствует
Оптический рельеф очень высокий
Цвет в отраженном свете серый с коричневатым оттенком
Внутренние рефлексы отсутствуют
Commons-logo.svg Магнетит на Викискладе

Магнети́т (устаревший синоним — магни́тный железня́к[1]) FeO·Fe2O3 — широко распространённый минерал чёрного цвета из класса оксидов, природный оксид железа(II,III). Происхождение названия твердо не установлено. Возможно, минерал назван в честь Магнеса — легендарного пастуха, впервые нашедшего природный магнитный камень, притягивающий железо, на горе Ида (Греция), либо от античного города Магнесия в Малой Азии.

Свойства минерала[править | править код]

Морфология кристаллов[править | править код]

Образует кристаллы кубической сингонии,  пространственная группа F d3m, параметры ячейки a = 0,8397 нм, Z = 8 (структура шпинели). Элементарная ячейка увеличивается при замещении Fe2+ на марганец; замещение Fe2+ на Co2+, Ni2+, а также Fe3+ на Al3+ и Cr3+ вызывает уменьшение размера ячейки.

Соотношение размеров элементарной ячейки и содержания некоторых окислов в магнетите
a Месторождение
0,8387 2,55 0,75 Филаборва, провинция Лимпопо (ЮАР)
0,8389 1,73 0,45 Пудепупт, провинция Мпумаланга (ЮАР)
0.8394 1,48 0,38 Сибаса, область Зотпансберг
0,8386 1,05 0,07 1,76 Эмалахлени, провинция Мпумаланга (ЮАР)
0,8392 0,095 0,46 Майнвил (штат Нью-Йорк, США)
0,8396 0,67 0,09 Барбертон (ЮАР)

Отмечена зависимость элементарной ячейки от происхождения магнетита: наиболее высокие значения a свойственны магнетиту метаморфических образований, наименьшие — магнетиту эффузивных пород[2].

Кристаллохимическая структура представляет собой каркас, состоящий из тетраэдрических и октаэдрических групп ионов кислорода, в которых расположены соответственно ионы трёхвалентного и двухвалентного железа[3]. Кристаллы обычно октаэдрические, реже додекаэдрические и очень редко кубического облика. Двойники нередки, иногда неделимые двойники уплощены[2].

Некоторые магнетиты имеет значительное количество ультра- и микропор. Суммарный объем пор зависит от условий образования, в частности от температуры. Например средняя пористость магнетита из уральских месторождений магматического типа равна 2,6 %, а из контактово-метасоматических месторождений — 6,19 %. Магнетит ранней генерации обладает пористостью 4,4 %, а магнетит поздней генерации — 9,35 %. Наблюдалась почти в два раза большая пористость центральных частей некоторых частей кристаллов магнетита по сравнению с их периферическими частями, чем обусловлено избирательное изменение центральных частей кристаллов[4].

Физические свойства и константы[править | править код]

Излом раковистый. Хрупок. Твёрдость 5,5—6. Микротвёрдость по Бови и Тейлору 535—695 кГ/мм2, по Янгу и Миллмэну 490—660 кГ/мм2, по Гершойгу 412—689 кГ/мм2 при нагрузке на 100 г. Удельный вес 4,8—5,3. Цвет железно-чёрный, иногда с синеватой побежалостью на гранях кристаллов. Черта чёрная. Блеск металлический, иногда матовый[5].

Полупроводник. Электропроводность низкая. Истинная удельная электропроводность монокристаллического магнетита максимальна при комнатной температуре (250 Ом−1·см−1), она быстро снижается при понижении температуры, достигая значения около 50 Ом−1·см−1 при температуре перехода Вервея (англ.) (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже TV = 120—125 К)[6]. Электропроводность моноклинного низкотемпературного магнетита на 2 порядка ниже, чем кубического (~1 Ом−1·см−1 при TV); она, как и у любого типичного полупроводника, очень быстро уменьшается с понижением температуры, достигая нескольких единиц ×10−6 Ом−1·см−1 при 50 К. При этом моноклинный магнетит, в отличие от кубического, проявляет существенную анизотропию электропроводности — проводимость вдоль главных осей может отличаться более чем в 10 раз. При 5,3 К электропроводность достигает минимума ~10−15 Ом−1·см−1 и растёт при дальнейшем понижении температуры. При температуре выше комнатной электропроводность медленно уменьшается до ≈180 Ом−1·см−1 при 780—800 К, а затем очень медленно растёт вплоть до температуры разложения[7].

Кажущаяся величина электропроводности поликристаллического магнетита в зависимости от наличия трещин и их ориентировки может отличаться в сотни раз.

Сильно магнитен; некоторые магнетиты полярно магнитны (естественные магниты). Точка Кюри для магнетита из различных месторождений колеблется от 550 до 600 K, среднее значение около 575 K (ниже её минерал ферромагнитен, выше — парамагнитен). С уменьшением величины зёрен магнитность возрастает, также возрастает остаточная намагниченность. Может изменять показания компаса. По данному признаку его можно найти: стрелка компаса показывает на магнетит и его залежи.

В ориентированном магнитном поле при охлаждении до 78 K кубическая ячейка магнетита переходит в ромбическую или в ячейку более низкой сингонии[4].

Может истираться в песок, который не теряет магнитных свойств. При поднесении магнита магнетитный песок притягивается к полюсам магнита. Из-за большой плотности, инертности и нетоксичности используется как наполнитель в спортивных утяжелителях[источник не указан 930 дней].

Макроскопическая характеристика[править | править код]

Непрозрачен. В тончайших шлифах просвечивает. Изотропен. В отражённом свете в полированном шлифе серый с заметным коричневатым оттенком, в лучах ртутно-кварцевой лампы тёмно-серый. Отражающая способность 21 % для любого света по Рамдору; по Бови для белого света 21,1 %, для оранжевого 20,9 %.

Травлением HCl часто выявляется зональное строение зерен; иногда оно заметно без травления. Изредка наблюдается концентрически-зональная коллиморфная структура, иногда двойники. Некоторые зёрна и кристаллы магнетита в отражённом свете оказываются состоящими из буровато-серой и синевато-серой разностей. Первая из них по оптическим свойствам близка к обычному магнетиту. Вторая наблюдается в виде каёмок около зёрен первой или образует в них зоны и прожилки; обладает несколько повышенной отражательной способностью (22—23 %), более высоким рельефом, плохо травится HCl. Различие в составе этих разностей магнетита не выявлено[4].

Химический состав и свойства[править | править код]

Теоретический состав: FeO — 31,03 %; Fe2O3 — 68,97 %. Обычно магнетит содержит изоморфные примеси Ti, V, Mn, Mg, Al, Cr и др.; при повышенном содержании примеси выделяют разновидности магнетита (титаномагнетит, хроммагнетит и т. д.). Имеются данные, что содержание в магнетите титана зависит от условий образования и в частности от температуры. Раннемагматические магнетиты характеризуются повышенным содержанием хрома. Для магнетитов рудных выделений отмечается повышенное содержание хрома и ванадия по сравнению с акцессорными магнетитами.

Обнаружена прямая линейная корреляция между содержанием ванадия и титана в магнетитах. На Урале магнетиты из гранитоидов, связанных с габбро или с основными эффузивами, отличаются от магнетитов из пород гранитных формаций повышенным содержанием ванадия и титана.

Более низкотемпературные магнетиты содержат больше марганца, цинка и ванадия и меньше никеля, магния, а также других элементов-примесей. Кальций типичен для магнетита пегматито-пневмалитовых тел[8].

Растворимость увеличивается при применении различных кислот в следующем порядке: H3PO4, H2SO4, HCl, HNO3.

Трудно растворяется в соляной кислоте (порошок заметно растворяется). Травится концентрированной соляной кислотой,особенно с электрическим током; другие стандартные реактивы не действуют. Полностью разлагается при сплавлении с KHSO4. Даёт микрохимическую реакцию на c KCNS на фильтровальной бумаге.

Перед паяльной трубкой не плавится. В окислительном пламени вначале превращается в маггемит, затем в гематит, теряя магнитные свойства.

Форма нахождения и генезис[править | править код]

Распространён весьма широко, образует большие скопления и рудные залежи. Встречается в виде зернистых агрегатов, отдельных кристаллов и друз; сравнительно редко в виде колломорфных метаколлоидных агрегатов, оолитов, пизолитов, дендритов (в изверженных породах), волокнистых и сажистых выделениях.

Экзогенный магнетит изредка образует конкреции радиально-лучистого строения с поперечником до 15—20 см и агрегаты игольчатых индивидов[2].

Происхождение[править | править код]

Магнетит в отличие от гематита образуется при относительно низком парциальном давлении кислорода. Встречается в месторождениях различных генетических типов, а также как акцессорный минерал в различных горных породах.

В магматических горных породах он обычно наблюдается в виде вкрапленности. С основными породами (габбро) нередко генетически связаны магматические месторождения титаномагнетита в виде неправильной формы скоплений и жил[9]. Сравнительно редко магнетитовые месторождения приурочены к кислым и щелочным породам. В крупнейших магнетитовых месторождениях Швеции руды залегают среди сиенит-порфиров. В тесном прорастании с апатитом и реже с гематитом, магнетит образует залежи мощностью от 10 до 150 метров. Сиенит-порфиры тоже содержат магнетит, который образует как равномерную вкрапленность в породе (магнетит-сиенитовый порфир), так и неправильные округлые обособления и прожилки[10].

В незначительных количествах он присутствует во многих пегматитах в парагенезисе с биотитом, сфеном, апатитом и другими минералами[9].

В контактово-метасоматических образованиях он часто играет весьма существенную роль, сопровождаясь гранатами, пироксенами, хлоритами, сульфидами, кальцитом и другими минералами. Известны крупные месторождения, образовавшиеся на контакте известняков с гранитами и сиенитами[9]. По минеральным ассоциациям можно выделить три типа метасоматических месторождений[10].

  1. Магнетит ассоциируется со скаполитом, в очень незначительном количестве наблюдается пироксен, сфен и апатит. Магнетит заполняет промежутки между зернами скаполита или образует в них мелкие включения. В результате замещения известняков образуются массивные магнетитовые руды, а при замещении вулканических пород, роговиков и гранитоидов — вкрапленные скаполито-магнетитовые руды. Скаполит часто замещается альбитом, образуются своеобразные магнетито-полешпатовые породы.
  2. Магнетит ассоциируется с пироксеном и гранатом; в той же ассоциации встречаются амфиболы, везувиан, волластонит, пирит, хлорит, кальцит, гематит. Основная масса магнетита выделяется в конце скарнового процесса, нередко замещая гранит и пироксен с образованием вкрапленных и массивных руд. Магнетит позних генераций нередко замещает пластинчатые агрегаты гематита — образуются псефдоморфозы магнетита по гематиту — мушкетовит.[10]
  3. Магнетит тесно ассоциируется с силикатами и алюмосиликатами — серпентином, актинолитом, эпидотом, флогопидом[11].

Как спутник магнетит встречается в гидротермальных месторождениях, главным образом в ассоциации с сульфидами (пирротином, пиритом, халькопиритом). Сравнительно редко он образует самостоятельные месторождения в ассоциации с сульфидами, апатитом и другими минералами[9].

При региональном метаморфизме осадочных железных руд возникали очень крупные пластовые и линзообразные залежи гематито-магнетитовых руд среди метаморфизованных древних осадочных толщ[12].

В экзогенных условиях образование магнетита может происходить лишь в исключительных случаях. Присутствие магнетитовых зёрнышек в современном морском иле, как полагают, является результатом не только сноса их с суши в виде обломочного материала, но также в виде новообразований на месте за счет гидроокислов железа под восстанавливающим влиянием разлагающихся органических веществ[9].

Месторождения[править | править код]

К числу магматических месторождений относится Кусинское месторождение (Челябинская обл.) титаномагнетита, содержащего также повышенное количество ванадия. Это месторождение представлено жилами сплошных руд, залегающими среди материнских изменённых изверженных пород габбровой формации. Магнетит тесно ассоциирует здесь с ильменитом и хлоритом. На Южном Урале разрабатывается Копанское месторождение титаномагнетита[13]. В рудах Садбери (Канада) магнетит обнаружен среди сульфидов и силикатов вмещающих пород. Адирондак в шт. Нью Йорк, Айрон-Маунтин в шт. Вайоминг, Бушвелд (ЮАР)[14].

Существуют месторождения пегматита с содержанием магнетита в Норвегии (Фредриксвен, Лангезундфиорд) и США (Довер в шт. Делавэр, Майнвил в шт. Нью-Йорк)[10].

Примером контактово-метасоматических месторождений является известная гора Магнитная (Южный Урал). Мощные магнетитовые залежи располагаются среди гранатовых, пироксено-гранатовых и гранат-эпидотовых скарнов, образовавшихся при воздействии гранитной магмы на известняки. В некоторых участках рудных залежей магнетит ассоциирует с первичным гематитом. Руды, залегающие ниже зоны окисления, содержат вкрапленные сульфиды (пирит, изредка халькопирит, галенит). К числу таких же месторождений относятся на Урале: гора ВысокаяНижнего Тагила), гора БлагодатьКушвинском районе), Коршуновское (в Забайкалье), группа месторождений в Кустанайской области Казахстана (Соколовское, Сарбайское, Куржункуль), а также Дашкесан (Азербайджан)[13].

Крупнейшее месторождение Кривой Рог (Украина) относится к числу регионально-метаморфизованных осадочных месторождений. В толще слоистых железистых кварцитов, кроме типичных пластовых залежей, сплошные железные руды представлены также столбообразными залежами с линзовидной формой в поперечном сечении, уходящими на значительную глубину. К числу аналогичных по генезису месторождений относится Курская магнитная аномалия (к юго-востоку от Курска). Глубоко метаморфизованные железистые кварциты известны также в месторождениях на Кольском полуострове (Оленегорское) и в Западной Карелии (Костомукша). Из иностранных отметим крупнейшие месторождения Кирунаваара и Люоссаваара в Швеции, залегающие в виде мощных жилообразных залежей в метаморфизованных толщах вулканитов; магнетит ассоциирует здесь с апатитом. Огромные месторождения магнетито-гематитовых руд США располагаются в районе Верхнего озера среди древнейших метаморфизованных сланцев, в Лабрадоре (Ньюфаундленд)[13].

Отличительные характеристики[править | править код]

От сходных по внешнему виду минералов (гематит, гаусманит, якобсит, браунит, шпинель) магнетит легко отличается по чёрной черте и сильной магнитности. Микроскопически в отраженном свете магнетит отличается от гематита изотропностью, низкой отражательной способностью, серовато-буроватым оттенком окраски и изометричностью зёрен. Ильменит, часто ассоциирующийся с магнетитом, анизотропен, имеет более низкую отражательную способность и не травится . От якобсита и браунита магнетит отличается отсутствием внутренних рефлексов; кроме того, браунит анизотропен и обладает пониженной отражательной способностью[15].

Применение[править | править код]

  • Важная железная руда (72,4 % железа). Магнетитовые руды — главный тип железных руд, попутно извлекаются также . Основной метод обогащения — мокрая магнитная сепарация в слабом поле. Комбинированные схемы обогащения (магнитно-гравитационные, обжигмагнитные, магнитофлотационные и др.) применяются для комплексных, в том числе титаномагнетитовых, а также бедных руд.
  • Изделия из плавленого магнетита используют в качестве электродов для некоторых[каких?] электрохимических процессов.
  • Частично используется в качестве утяжелителей глинистых растворов при бурении[15].

Разновидности[править | править код]

  1. Магномагнетит — с повышенным содержанием магния, промежуточный между магнетитом — и магнезиоферритом — [16].
  2. Титаномагнетит — магнетит, содержащий мелкие включения титановых минералов; большей частью эти включения являются продуктами распада твёрдых растворов ( или ), иногда продуктами замещения магнетита[17].
  3. Ванадомагнетит — содержит до 8 % . Найдет в месторождениях Бихар (Индия) и Бушвелд (ЮАР).
  4. Хроммагнетит — изоморфно замещает . Обнаружен на Урале и в Трансваале.
  5. Алюмомагнетит — промежуточный между магнетитом и герцинитом[18].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Железняк магнитный // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  2. 1 2 3 Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 58.
  3. Добровольский В. В. Минералогия, 2001, с. 71.
  4. 1 2 3 Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 60.
  5. Каденская. М. И. Минералогия, 1976, с. 196—197.
  6. Verwey E. J. W., Haayman P. W. Electronic Conductivity and Transition Point of Magnetite («Fe3O4») (нем.) // Physica. — 1941. — Bd. 8, H. 9. — S. 979—987. — DOI:10.1016/S0031-8914(41)80005-6. — Bibcode1941Phy.....8..979V.
  7. Substance: Fe3O4. Property: electrical conductivity // Semiconductors / Eds.: O. Madelung et al. — Springer, 2000. — ISBN 978-3-540-64966-3.
  8. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 61.
  9. 1 2 3 4 5 Бетехтин А. Г. Курс минералогии, 2007, с. 319.
  10. 1 2 3 4 Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 66.
  11. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 67.
  12. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 67—68.
  13. 1 2 3 Бетехтин А. Г. Курс минералогии, 2007, с. 320.
  14. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 65.
  15. 1 2 Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 69.
  16. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 70.
  17. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 72.
  18. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Окислы и гидроокислы, 1967, с. 74.

Литература и источники[править | править код]

  1. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Минералы. Справочник. Выпуск 3. Сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты, гидроокислы.. — Москва: Наука, 1967. — Т. 2. — 676 с.
  2. Каденская М. И. Руководство к практическим занятиям по минералогии и петрографии. — Москва: Просвещение, 1976. — 240 с.
  3. Добровольский В. В. Геология, минералогия, динамическая геология, петрография.. — Москва: Владос, 2001. — С. 320. — ISBN 5-691-00782-3.
  4. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — Москва: КДУ, 2007. — 721 с.

Ссылки[править | править код]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «магнетит»