Magnétite

La magnétite (Fe3O4) est un minéral oxyde de fer commun. Cest un membre du groupe spinelle. Ce sont des minéraux qui partagent la même structure mais qui diffèrent par leur composition chimique. Les autres membres notables du groupe sont la chromite et le spinelle. La magnétite fait partie des deux principales sources de fer. Lautre minéral ferrifère important est lhématite.

Les cristaux de magnétite sont opaques avec une couleur noire légèrement bleutée. Largeur de vue 25 mm.

Une manière plus précise dexprimer la composition chimique est de différencier le fer di- et trivalent: Fe2 + Fe23 + O4. Cependant, cest la composition de membre final idéale. Les vrais cristaux trouvés dans la nature contiennent presque toujours une quantité variable dAl, Cr, Mn3 + et Ti4 + remplaçant Fe3 + et Ca, Mn2 +, Mg remplaçant Fe2 +. La variété titanifère est appelée titanomagnétite. Le terme a été appliqué de manière assez vague, mais il est préférable de le limiter aux variétés où la phase ulvöspinel peut être mise en évidence par une analyse aux rayons X1. Ulvöspinel est un membre terminal du groupe spinelle avec la composition suivante: Fe22 + TiO4.

La composition exprimée en Fe3O4 peut prêter à confusion. Loxygène a un état doxydation de -2 et le fer a généralement des états doxydation de +2 ou +3 (fer ferreux et ferrique, respectivement). Pour former un cristal, ces états doxydation doivent séquilibrer ou sannuler mais 4 × -2 = -8 ce qui néquilibre pas 6 (2 × 3) ou 9 (3 × 3). Y a-t-il une erreur dans la formule?

Pas vraiment. Pour surmonter ce problème, il est utile de le traiter comme un mélange de deux oxydes de fer avec des états doxydation de +3 et +2 respectivement (Fe2O3 et FeO) qui se combinent dune certaine manière et forment des cristaux de magnétite. Il est important de comprendre que la magnétite nest pas un mélange au sens strict. Cest un solide cristallin dans lequel différents atomes de fer sont chimiquement combinés avec des atomes doxygène.

Magnétite (noir grisâtre) montrant des formes cristallines octaédriques typiques. Le minéral jaune est la chalcopyrite. Largeur de vue 30 mm. Gisement de minerai polymétallique lié à Skarn. Hannukainen, Finlande.

Propriétés

La propriété la plus frappante de la magnétite est le ferrimagnétisme très puissant. Il rend le minéral facilement identifiable car il est fortement attiré par un aimant à main. Le ferrimagnétisme est causé par des moments magnétiques opposés mais inégaux dans les cristaux, ce qui entraîne une magnétisation permanente et spontanée du matériau.

La présence de fer di- et trivalent dans le réseau cristallin est la raison pour laquelle la magnétite est si fortement magnétique. Le fer divalent (+2) et trivalent (+3) a des moments magnétiques inégaux qui ne séquilibrent pas. La magnétite est le minéral le plus magnétique.

La haute teneur en fer donne à la magnétite son opacité et sa couleur noire. Le spinelle qui partage la même structure est de couleur variable et transparent car il contient du magnésium et de laluminium à la place ou du fer.

La magnétite est un minéral dense (densité 5,20). Cest bien au-dessus des minéraux silicatés courants (généralement 2,5–3,5), cest pourquoi les roches contenant une quantité appréciable de magnétite semblent lourdes dans léchantillon manuel. La dureté est denviron 6 sur léchelle de Mohs. La magnétite na pas de clivage mais la séparation peut être distincte. Les cristaux sont cassants et la fracture est inégale.

Cest ainsi que le sable magnétitique saligne en présence dun fort champ magnétique externe. Un aimant en néodyme est placé sous léchantillon. Cristaux de Talofofo Beach, Guam, USA. Largeur de vue 10 mm.

Occurrence

La magnétite est un minéral très courant (mais généralement accessoire) dans les roches ignées et métamorphiques. Il se produit dans une grande variété de roches ignées sous forme de petits grains octaédriques ou anédriques. Il peut former des ségrégations plus importantes dans les roches carbonatées métasomatisées par contact (skarns) où il est associé à la calcite et aux minéraux calc-silicatés comme le diopside, landradite, lactinolite, la trémolite, etc.

Une variété massive peut également se produire dans certains intrusions mafiques en couches. Il peut se former dans des roches métamorphosées au niveau régional où il se forme au détriment des hydroxydes de fer (goethite, limonite) et des oxydes (hématite).

Cest le principal minéral ferrifère du plus ancien fer rubané de type Algoma formations où elle est associée au chert.

La magnétite est parmi les minéraux les plus courants dans la fraction minérale lourde du sable. Ses grains dans le sable sont généralement beaucoup plus petits que les grains minéraux plus légers en raison de la vitesse de sédimentation différente. La plupart des grains de magnétite dans le sable sont arrondis mais certains présentent une morphologie octaédrique caractéristique. Il nest jamais allongé à cause du système cristallin cubique (isométrique).

La magnétite est courante dans le sable car elle est abondante dans de nombreux types de roches et elle est également moyennement résistante aux intempéries. Dans certains endroits, le sable de plage peut être tellement concentré en magnétite quil pourrait être utilisé comme minerai de fer. En Nouvelle-Zélande, un gisement de sable appelé Ironsand est utilisé pour fabriquer de lacier.

La magnétite est modifiée dans lenvironnement de vieillissement en hématite, goethite ou autres oxydes et hydroxydes de fer. La martite est une hématite pseudomorphe après la magnétite.

La magnétite est un minéral lourd commun dans le sable. Cette roche est un gisement de sable métamorphosé qui semble être très riche en minéraux lourds magnétite (noir) et grenat (rouge). Péninsule de Varanger, Norvège du Nord. Largeur de léchantillon 18 cm.

Actinolite (verte) avec magnétite et calcite. Kiruna, Suède. Largeur de léchantillon 8 cm.

Cristaux de magnétite formant des rayures noires dans du sable clair. Cest lun des constituants les plus courants des minéraux lourds dans le sable. White Park Bay, Irlande du Nord.

Magnétite avec trémolite minérale du groupe amphibole en skarn. Skarn est une roche métasomatique de contact. Il se forme lorsque du magma silicique chaud entre en contact avec des roches carbonatées (dolomite, calcaire, marbre). Le résultat est un assemblage inhabituel de minéraux calc-silicatés comme la trémolite, le diopside, landradite, la wollastonite, etc. minéraux magmatiques. Skarn était à lorigine un terme mineur pour les minéraux de gangue (calc-silicates) entourant les veines de minerai. Largeur de léchantillon 8 cm.

Magnétite en skarn. Les minéraux de la gangue sont la serpentine et le talc. Ces minéraux suggèrent quil doit y avoir une source majeure de magnésium. Ces roches se sont en effet formées lorsque le magma a pénétré et a réagi avec le marbre dolomitique (Mg-Ca-carbonate). Tapuli, Suède. Largeur de léchantillon 11 cm.

Échantillon de Skarn avec magnétite, diopside (Ca-Mg-pyroxène) et calcite. Tapuli, Suède. Largeur de léchantillon 12 cm.

La magnétite est un minéral hydrothermal commun présent dans les veines de quartz avec dautres minerais. Cet échantillon contient également du quartz (blanc), de la pyrite et de la chalcopyrite. Hannukainen, Finlande. Largeur de léchantillon 11 cm.

Utilisations

La magnétite est une source majeure de fer. Les formations de fer en bandes sont des roches métasédimentaires précambriennes où la phase ferreuse est généralement de la magnétite ou de lhématite. Le minerai de fer magnétitique très riche se trouve à Kiruna (nord de la Suède) bien que les détails de la formation ne soient pas clairs (il ne sagit pas dune formation de fer en bandes). Les minerais de fer liés au Skarn sont également extraits bien quils aient tendance à être moins volumineux. Le fer peut également être extrait des gisements de placers (sable minéral lourd).

Il est utilisé industriellement comme matière première dans la fabrication dautres matériaux contenant du fer. La magnétite a été utilisée pour fabriquer du béton à haute densité pour les réacteurs nucléaires. Il est également utilisé comme pigment noir2.

La magnétite naturellement magnétisée est appelée lodestone. Normalement, il nest attiré que par laimant de la main, mais la magnétite elle-même nattire pas les objets plus fous de fer. Lodestone est différent parce quil le fait aussi et il saligne facilement le long des lignes magnétiques de la Terre. Cela rend le lodestone utile dans la navigation comme boussole magnétique naturelle. La raison pour laquelle certaines magnétites sont naturellement magnétisées nest pas tout à fait claire, mais les pavés contiennent des inclusions de maghémite (minéral du groupe spinelle) et une théorie lassocie aux champs magnétiques entourant les éclairs. Cela pourrait expliquer pourquoi les lodestones se trouvent près de la surface, et non dans des mines de fer profondes.

Des cristaux de magnétite ont été trouvés dans le cerveau de plusieurs espèces, y compris les humains. On a émis lhypothèse que les oiseaux pourraient sen servir pour naviguer, mais on ne sait pas quels avantages ils peuvent apporter aux humains.

Morceau massif de minerai de fer qui est composé de magnétite presque pure. Le minerai de fer de Kiruna est mondialement connu comme étant un minerai à haute teneur très riche. Léchantillon est très lourd par rapport aux roches silicatées habituelles. Kiruna, Suède. Largeur de léchantillon 13 cm.

Magnétite avec jaspe et hématite. Ces minéraux proviennent de la croûte océanique modifiée hydrothermiquement. La croûte océanique chaude nouvellement formée sur la crête médio-océanique est pleine de fissures qui permettent à leau de mer de sinfiltrer dans la croûte. Leau se réchauffe lorsquelle circule dans les roches et lessive les métaux de la croûte basaltique. Les métaux sont précipités lorsque cette eau très chaude et riche en métaux pénètre à nouveau dans locéan par des fumeurs noirs. Ces gisements métalliques sont appelés gisements de minerai de type SedEx (exhalatif sédimentaire). Ophiolite de Løkken, Norvège. Largeur de léchantillon 13 cm.

Formation de fer en bandes de type Algoma (BIF) de lArchéen. La magnétite est le principal minerai ferrifère de ces très vieux minerais de fer. La formation de fer en bandes est la principale source de fer bien que la majorité de ces gisements proviennent du Protérozoïque. Bjørnevatn, Norvège. Largeur de léchantillon 17 cm.

Formation de fer en bandes de type supérieur de Kryvyi Rih, Ukraine. Les BIF de type supérieur sont la principale source de fer. Le minerai ferreux dans ces roches est généralement soit de lhématite, soit de la magnétite. Largeur de léchantillon 10 cm.

Magnétite dans le quartz. Bjørnevatn, Norvège. Le baguage original du BIF est perturbé par les processus métamorphiques. Largeur de léchantillon 11 cm.

Minerai de fer de Kiruna. Les principaux minéraux sont la magnétite, la calcite, lactinolite et lapatite. Kiruna est la plus grande mine de fer dEurope. Pourtant, les détails de formation de ces roches sont encore mal compris. Largeur de léchantillon 14 cm.

Magnétite avec feldspath. Kiruna, Suède. Largeur de léchantillon 16 cm.

Magnétite avec calcite (blanche) et pyrite (sulfure de fer). Kiruna, Suède. Largeur de léchantillon 14 cm.

Magnétite dans le porphyre syénitique. Kiruna, Suède. Largeur de léchantillon 15 cm.

Il sagit de sable de lîle du Nord de la Nouvelle-Zélande. Il est utilisé comme minerai de fer. Les grains noirs sont en titanomagnétite (la teneur totale en titane de léchantillon est de 4 pour cent). Le fer représente 20% de léchantillon (données XRF). Les grains jaunes sont des minéraux silicatés. Largeur de vue 10 mm.

Cest un constituant majeur dune fraction minérale lourde du sable. Beaucoup de minéraux noirs sur cette casserole en or sont des grains de magnétite. Il y a aussi de lor (taches jaunes). Tankavaara, Finlande.