Magnetit

Magnetit (Fe3O4) ist ein übliches Eisenoxidmineral. Es ist ein Mitglied der Spinellgruppe. Dies sind Mineralien, die dieselbe Struktur haben, sich jedoch in der chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Andere bemerkenswerte Mitglieder der Gruppe sind Chromit und Spinell. Magnetit gehört zu den beiden Hauptquellen für Eisen. Das andere wichtige eisenhaltige Mineral ist Hämatit.

Magnetitkristalle sind undurchsichtig mit leicht bläulich schwarzer Farbe. Sichtbreite 25 mm.

Um die chemische Zusammensetzung genauer auszudrücken, muss zwischen zwei- und dreiwertigem Eisen unterschieden werden: Fe2 + Fe23 + O4. Dies ist jedoch die ideale Endelementzusammensetzung. In der Natur vorkommende echte Kristalle enthalten fast immer eine variable Menge an Al, Cr, Mn3 + und Ti4 +, wobei Fe3 + und Ca, Mn2 +, Mg anstelle von Fe2 + ersetzt werden. Die titanhaltige Sorte heißt Titanomagnetit. Der Begriff wurde etwas locker verwendet, aber es ist am besten, ihn auf diejenigen Sorten zu beschränken, bei denen die Ulvöspinel-Phase durch Röntgenanalyse nachgewiesen werden kann1. Ulvöspinel ist ein Endmitglied der Spinellgruppe mit folgender Zusammensetzung: Fe22 + TiO4.

Die als Fe3O4 ausgedrückte Zusammensetzung kann zu Verwirrung führen. Sauerstoff hat eine Oxidationsstufe von -2 und Eisen hat normalerweise Oxidationsstufen von +2 oder +3 (Eisen bzw. Eisen (III)). Um einen Kristall zu bilden, müssen sich diese Oxidationsstufen ausgleichen oder aufheben, aber 4 × -2 = -8, was nicht 6 (2 × 3) oder 9 (3 × 3) ausgleicht. Gibt es einen Fehler in der Formel?

Nicht wirklich. Um dieses Problem zu lösen, ist es nützlich, es als eine Mischung aus zwei Eisenoxiden mit Oxidationsstufen von +3 bzw. +2 (Fe2O3 und FeO) zu behandeln, die auf bestimmte Weise kombiniert werden und Magnetitkristalle bilden. Es ist wichtig zu verstehen, dass Magnetit keine Mischung im engeren Sinne ist. Es ist ein kristalliner Feststoff, in dem verschiedene Eisenatome chemisch mit Sauerstoffatomen kombiniert werden.

Magnetit (grauschwarz) mit typischen oktaedrischen Kristallformen. Gelbes Mineral ist Chalkopyrit. Sichtweite 30 mm. Skarn-verwandte polymetallische Erzlagerstätte. Hannukainen, Finnland.

Eigenschaften

Die auffälligste Eigenschaft von Magnetit ist ein sehr starker Ferrimagnetismus. Es macht das Mineral leicht identifizierbar, da es stark von einem Handmagneten angezogen wird. Ferrimagnetismus wird durch entgegengesetzte, aber ungleiche magnetische Momente innerhalb der Kristalle verursacht, was zu einer permanenten und spontanen Magnetisierung des Materials führt.

Das Vorhandensein von zwei- und dreiwertigem Eisen im Kristallgitter ist der Grund, warum Magnetit so stark magnetisch ist. Zweiwertiges (+2) und dreiwertiges (+3) Eisen haben ungleiche magnetische Momente, die sich nicht ausgleichen. Magnetit ist das magnetischste Mineral.

Ein hoher Eisengehalt verleiht Magnetit seine Undurchsichtigkeit und schwarze Farbe. Spinell mit derselben Struktur ist variabel gefärbt und transparent, da er stattdessen Magnesium und Aluminium oder Eisen enthält.

Magnetit ist ein dichtes Mineral (spezifisches Gewicht 5,20). Dies liegt erheblich über den üblichen Silikatmineralien (normalerweise 2,5–3,5), weshalb sich Gesteine, die eine nennenswerte Menge an Magnetit enthalten, in der Handprobe schwer anfühlen. Die Härte beträgt auf der Mohs-Skala etwa 6. Magnetit hat keine Spaltung, aber die Trennung kann unterschiedlich sein. Kristalle sind spröde und der Bruch ist ungleichmäßig.

So richtet sich magnetitischer Sand bei Vorhandensein eines starken externen Magnetfelds aus. Unter der Probe befindet sich ein Neodym-Magnet. Kristalle von Talofofo Beach, Guam, USA. Sichtweite 10 mm.

Vorkommen

Magnetit ist ein sehr häufiges (aber normalerweise akzessorisches) Mineral in magmatischen und metamorphen Gesteinen. Es kommt in einer Vielzahl von magmatischen Gesteinen als kleine oktaedrische oder anhedrische Körner vor. Es kann größere Entmischungen in kontaktmetasomatisierten Carbonatgesteinen (Skarns) bilden, wo es mit Calcit und Calciumsilicatmineralien wie Diopsid, Andradit, Actinolit, Tremolit usw. assoziiert ist.

In einigen Fällen kann auch eine massive Vielfalt auftreten mafic geschichtete Intrusionen. Es kann sich in regional verwandelten Gesteinen bilden, wo es sich auf Kosten von Eisenhydroxiden (Goethit, Limonit) und Oxiden (Hämatit) bildet.

Es ist das wichtigste eisenhaltige Mineral im ältesten gebänderten Eisen vom Algoma-Typ Formationen, in denen es mit Chert assoziiert ist.

Magnetit gehört zu den häufigsten Mineralien in der schweren Mineralfraktion von Sand. Seine Körner im Sand sind aufgrund der unterschiedlichen Absetzgeschwindigkeit im Allgemeinen viel kleiner als leichtere Mineralkörner. Die meisten Magnetitkörner im Sand sind gerundet, einige weisen jedoch eine charakteristische oktaedrische Morphologie auf. Es wird wegen des kubischen (isometrischen) Kristallsystems niemals verlängert.

Magnetit kommt häufig im Sand vor, da er in vielen Gesteinsarten häufig vorkommt und auch mäßig witterungsbeständig ist. An einigen Stellen kann Strandsand so stark in Magnetit konzentriert sein, dass er als Eisenerz verwendet werden kann. In Neuseeland wird aus einer Sandlagerstätte namens Ironsand Stahl hergestellt.

Magnetit wird in der Witterungsumgebung in Hämatit, Goethit oder andere Eisenoxide und -hydroxide umgewandelt. Martit ist nach Magnetit ein pseudomorpher Hämatit.

Magnetit ist ein häufiges schweres Mineral im Sand. Dieses Gestein ist eine metamorphosierte Sandlagerstätte, die sehr reich an schweren Mineralien wie Magnetit (schwarz) und Granat (rot) zu sein scheint. Varanger-Halbinsel, Nordnorwegen. Probenbreite 18 cm.

Actinolite (grün) mit Magnetit und Calcit. Kiruna, Schweden. Probenbreite 8 cm.

Magnetitkristalle bilden schwarze Streifen in hellem Sand. Es ist einer der häufigsten Bestandteile von Schwermineralien im Sand. White Park Bay, Nordirland.

Magnetit mit Mineral Tremolit der Amphibolgruppe in Skarn. Skarn ist ein kontaktmetasomatisches Gestein. Es entsteht, wenn heißes Kieselsäuremagma mit karbonathaltigen Landgesteinen (Dolomit, Kalkstein, Marmor) in Kontakt kommt. Das Ergebnis ist eine ungewöhnliche Ansammlung von Calciumsilikatmineralien wie Tremolit, Diopsid, Andradit, Wollastonit usw. Diese Gesteine enthalten häufig auch Erzmineralien, da spätmagmatische Flüssigkeiten normalerweise mit inkompatiblen chemischen Elementen angereichert sind, die keinen Platz in der Kristallstruktur von Common haben magmatische Mineralien. Skarn war ursprünglich ein Bergmannsbegriff für die Gangmineralien (Calciumsilikate), die die Erzadern umgeben. Probenbreite 8 cm.

Magnetit in Skarn. Gangmineralien sind Serpentin und Talk. Diese Mineralien deuten darauf hin, dass es eine Hauptquelle für Magnesium geben muss. Diese Gesteine bildeten sich tatsächlich, als Magma eindrang und mit Dolomit (Mg-Ca-Carbonat) Marmor reagierte. Tapuli, Schweden. Probenbreite 11 cm.

Skarnprobe mit Magnetit, Diopsid (Ca-Mg-Pyroxen) und Calcit. Tapuli, Schweden. Probenbreite 12 cm.

Magnetit ist ein häufiges hydrothermales Mineral, das in Quarzadern mit anderen Erzmineralien vorkommt. Diese Probe enthält auch Quarz (weiß), Pyrit und Chalkopyrit. Hannukainen, Finnland. Probenbreite 11 cm.

Verwendet

Magnetit ist eine Hauptquelle für Eisen. Gebänderte Eisenformationen sind präkambrische Metasedimentgesteine, bei denen die eisenhaltige Phase normalerweise entweder Magnetit oder Hämatit ist. Sehr reiches magnetitisches Eisenerz befindet sich in Kiruna (Nordschweden), obwohl die Formationsdetails nicht klar sind (es handelt sich nicht um gebänderte Eisenformation). Skarn-verwandte Eisenerze werden ebenfalls abgebaut, obwohl sie tendenziell weniger voluminös sind. Eisen kann auch aus Placer-Ablagerungen (schwerer Mineralsand) gewonnen werden.

Es wird industriell als Ausgangsmaterial bei der Herstellung anderer eisenhaltiger Materialien verwendet. Magnetit wurde verwendet, um Beton mit hoher Dichte für Kernreaktoren herzustellen. Es wird auch als schwarzes Pigment2 verwendet.

Natürlich magnetisierter Magnetit wird als Lodestone bezeichnet. Normalerweise wird es nur von Handmagneten angezogen, aber Magnetit selbst zieht keine Gegenstände an, die aus Eisen bestehen. Lodestone ist anders, weil es das auch tut und sich leicht entlang der magnetischen Linien der Erde ausrichtet. Dies macht lodestone in der Navigation als natürlichen Magnetkompass nützlich. Es ist nicht ganz klar, warum einige Magnetite von Natur aus magnetisiert sind, aber Logensteine enthalten Einschlüsse von Maghemit (Mineral der Spinellgruppe), und eine Theorie assoziiert es mit Magnetfeldern, die Blitze umgeben. Dies könnte erklären, warum Lodestones in der Nähe der Oberfläche gefunden werden, nicht in tiefen Eisenminen.

Magnetitkristalle wurden im Gehirn mehrerer Arten, einschließlich des Menschen, gefunden. Es wurde angenommen, dass Vögel es zur Navigation nutzen könnten, aber es ist nicht klar, welche Vorteile sie für den Menschen bieten können.

Massives Stück Eisenerz, das aus fast reinem Magnetit besteht. Eisenerz aus Kiruna ist weltberühmt als sehr reiches hochwertiges Erz. Die Probe fühlt sich im Vergleich zu üblichen Silikatgesteinen sehr schwer an. Kiruna, Schweden. Probenbreite 13 cm.

Magnetit mit Jaspis und Hämatit. Diese Mineralien stammen aus der hydrothermal veränderten ozeanischen Kruste. Die heiße, neu gebildete ozeanische Kruste am Mittelozeanergrat ist voller Risse, durch die Meerwasser in die Kruste eindringen kann. Wasser erwärmt sich beim Zirkulieren in den Felsen und löst Metalle aus der Basaltkruste aus. Metalle fallen aus, wenn dieses sehr heiße und metallreiche Wasser durch schwarze Raucher wieder in den Ozean gelangt. Diese Metallvorkommen sind als SedEx-artige (sedimentär ausatmende) Erzvorkommen bekannt. Løkken-Ophiolith, Norwegen. Probenbreite 13 cm.

Algoma-Typ-Banded Iron Formation (BIF) aus dem Archaean. Magnetit ist das wichtigste eisenhaltige Erzmineral in diesen sehr alten Eisenerzen. Die Bildung von Eisenbändern ist die Hauptquelle für Eisen, obwohl die meisten dieser Ablagerungen aus dem Proterozoikum stammen. Bjørnevatn, Norwegen. Probenbreite 17 cm.

Überlegene Eisenformation aus Kryvyi Rih, Ukraine. Überlegene BIFs sind die Hauptquelle für Eisen. Das eisenhaltige Mineral in diesen Gesteinen ist normalerweise entweder Hämatit oder Magnetit. Probenbreite 10 cm.

Magnetit in Quarz. Bjørnevatn, Norwegen. Die ursprüngliche BIF-Bande wird durch die metamorphen Prozesse gestört. Probenbreite 11 cm.

Eisenerz aus Kiruna. Die Hauptmineralien sind Magnetit, Calcit, Actinolit und Apatit. Kiruna ist die größte Eisenmine in Europa. Die Formationsdetails dieser Gesteine sind jedoch noch wenig bekannt. Probenbreite 14 cm.

Magnetit mit Feldspat. Kiruna, Schweden. Probenbreite 16 cm.

Magnetit mit Calcit (weiß) und Pyrit (Eisensulfid). Kiruna, Schweden. Probenbreite 14 cm.

Magnetit in Syenit-Porphyr. Kiruna, Schweden. Probenbreite 15 cm.

Dies ist Sand von der Nordinsel Neuseelands. Es wird als Eisenerz verwendet. Die schwarzen Körner sind Titanomagnetit (der Gesamttitangehalt der Probe beträgt 4 Prozent). Eisen macht 20 Prozent der Probe aus (RFA-Daten). Gelbe Körner sind Silikatmineralien. Sichtbreite 10 mm.

Es ist ein Hauptbestandteil in einer schweren mineralischen Sandfraktion. Viele schwarze Mineralien auf dieser Goldpfanne sind Magnetitkörner. Es gibt auch Gold (gelbe Flecken). Tankavaara, Finnland.