Magnetitt

Magnetitt (Fe3O4) er et vanlig jernoksydmineral. Det er et medlem av spinel-gruppen. Dette er mineraler som har samme struktur, men som har forskjellig kjemisk sammensetning. Andre bemerkelsesverdige medlemmer av gruppen er kromitt og spinel. Magnetitt er blant de to viktigste kildene til jern. Det andre viktige jernholdige mineralet er hematitt.

Krystaller av magnetitt er ugjennomsiktige med litt blålig svart farge. Synsbredde 25 mm.

Mer presis måte å uttrykke den kjemiske sammensetningen på er å skille mellom di- og treverdig jern: Fe2 + Fe23 + O4. Dette er imidlertid den ideelle sammensetningen av sluttmedlemmene. Ekte krystaller som finnes i naturen inneholder nesten alltid variabel mengde Al, Cr, Mn3 + og Ti4 + som erstatter Fe3 + og Ca, Mn2 +, Mg som erstatter Fe2 +. Titaniferous variant heter titanomagnetitt. Begrepet har blitt brukt noe løst, men det er best å begrense det til de variantene der ulvöspinel-fasen kan demonstreres ved røntgenanalyse1. Ulvöspinel er et sluttmedlem av spinellgruppen med følgende sammensetning: Fe22 + TiO4.

Sammensetningen uttrykt som Fe3O4 kan forårsake forvirring. Oksygen har en oksidasjonstilstand på -2, og jern har vanligvis oksidasjonstilstander på +2 eller +3 (henholdsvis jern og jern). For å danne en krystall, må disse oksidasjonstilstandene balansere eller avbryte hverandre, men 4 × -2 = -8 som ikke balanserer 6 (2 × 3) eller 9 (3 × 3). Er det en feil i formelen?

Ikke egentlig. For å løse dette problemet er det nyttig å behandle det som en blanding av to jernoksider med oksidasjonstilstander på henholdsvis +3 og +2 (Fe2O3 og FeO) som kombineres på en bestemt måte og danner magnetittkrystaller. Det er viktig å understreke at magnetitt ikke er en blanding i streng forstand. Det er et krystallinsk fast stoff der forskjellige jernatomer er kjemisk kombinert med oksygenatomer.

Magnetitt (gråsvart) som viser typiske oktaedriske krystallformer. Gult mineral er kalkopyritt. Siktebredde 30 mm. Skarn-relatert polymetallmalmavleiring. Hannukainen, Finland.

Egenskaper

Den mest slående egenskapen til magnetitt er veldig sterk ferrimagnetisme. Det gjør mineralet lett identifiserbart fordi det tiltrekkes sterkt av en håndmagnet. Ferrimagnetisme er forårsaket av motstridende, men ulige magnetiske øyeblikk i krystallene, noe som resulterer i permanent og spontan magnetisering av materialet.

Tilstedeværelsen av di- og treverdig jern i krystallgitteret er grunnen til at magnetitt er så sterkt magnetisk. Divalent (+2) og treverdig (+3) jern har ulike magnetiske momenter som ikke balanserer hverandre. Magnetitt er det mest magnetiske mineralet.

Høyt jerninnhold gir magnetitt sin ugjennomsiktighet og svarte farge. Spinel som har samme struktur er variabelt farget og gjennomsiktig fordi den inneholder magnesium og aluminium i stedet eller jern.

Magnetitt er tett (egenvekt 5,20) mineral. Dette er betydelig over vanlige silikatmineraler (vanligvis 2,5–3,5), og det er derfor bergarter som inneholder betydelig mengde magnetitt, føles tunge i håndprøven. Hardhet er omtrent 6 på Mohs-skalaen. Magnetitt har ingen spaltning, men avskjed kan være tydelig. Krystaller er sprø og brudd er ujevn.

Slik justerer magnetitisk sand seg i nærvær av et sterkt eksternt magnetfelt. Det er en neodymmagnet plassert under prøven. Krystaller fra Talofofo Beach, Guam, USA. Synsbredde 10 mm.

Forekomst

Magnetitt er et veldig vanlig (men vanligvis tilbehør) mineral i magmatiske og metamorfe bergarter. Det forekommer i et bredt utvalg av magmatiske bergarter som små oktaedriske eller anedrale korn. Det kan danne større segregeringer i kontaktmetasomatiserte karbonatbergarter (skjær) der det er assosiert med kalsitt og kalsilikatmineraler som diopside, andraditt, aktinolit, tremolitt, etc.

Massiv variasjon kan også forekomme i noen mafiske laginntrengninger. Den kan danne seg i regionalt metamorfiserte bergarter der den dannes på bekostning av jernhydroksider (goetitt, limonitt) og oksider (hematitt).

Det er det viktigste jernbærende mineralet i det eldste Algoma-typen båndjern formasjoner der det er assosiert med kert.

Magnetitt er blant de vanligste mineralene i tung mineralfraksjon av sand. Kornene i sand er generelt mye mindre enn lettere mineralkorn på grunn av forskjellig sedimenteringshastighet. De fleste magnetittkorn i sand er avrundet, men noen viser karakteristisk oktaedrisk morfologi. Det er aldri langstrakt på grunn av kubisk (isometrisk) krystallsystem.

Magnetitt er vanlig i sand fordi den er rikelig i mange bergarter og den er også moderat mot forvitring. Noen steder kan strandsand være så konsentrert i magnetitt at den kan brukes som jernmalm. I New Zealand brukes en sandavleiring kalt Ironsand til å lage stål.

Magnetitt endres i forvitringsmiljøet til hematitt, goetitt eller andre jernoksider og hydroksider. Martitt er en pseudomorf hematitt etter magnetitt.

Magnetitt er et vanlig tungt mineral i sand. Denne steinen er en metamorfosert sandavsetning som ser ut til å være veldig rik på tunge mineraler magnetitt (svart) og granat (rød). Varangerhalvøya, Nord-Norge. Bredde på prøven 18 cm.

Aktinolit (grønn) med magnetitt og kalsitt. Kiruna, Sverige. Prøvebredde 8 cm.

Magnetittkrystaller som danner sorte striper i lys sand. Det er en av de vanligste bestanddelene av tunge mineraler i sand. White Park Bay, Nord-Irland.

Magnetitt med amfibolgruppe mineral tremolitt i skarn. Skarn er en kontaktmetasomatisk stein. Det dannes når varm kiselmagma kommer i kontakt med karbonatlandsbergarter (dolomitt, kalkstein, marmor). Resultatet er uvanlig montering av kalsilikatmineraler som tremolitt, diopside, andraditt, wollastonitt, etc. Disse bergartene inneholder også ofte malmmineraler fordi sen-magmatiske væsker vanligvis er beriket med uforenlige kjemiske elementer som ikke har noen plass i krystallstrukturen til vanlig magmatiske mineraler. Skarn var opprinnelig en gruvearbeidsbetegnelse for gangmineralene (kalsisilikater) rundt malmårene. Bredde på prøven 8 cm.

Magnetitt i skarn. Gangue mineraler er serpentin og talkum. Disse mineralene antyder at det må være en stor kilde til magnesium. Disse bergarter ble faktisk dannet når magma trengte inn og reagerte med dolomittisk (Mg-Ca-karbonat) marmor. Tapuli, Sverige. Bredde på prøve 11 cm.

Skarn-prøve med magnetitt, diopside (Ca-Mg-pyroksen) og kalsitt. Tapuli, Sverige. Bredde på prøven 12 cm.

Magnetitt er et vanlig hydrotermalt mineral som forekommer i kvartsårer med andre malmmineraler. Denne prøven inneholder også kvarts (hvit), pyritt og kalkopyritt. Hannukainen, Finland. Bredde på prøven 11 cm.

Bruk

Magnetitt er en viktig kilde til jern. Bandede jernformasjoner er prekambriske metasedimentære bergarter hvor den jernbærende fasen vanligvis er enten magnetitt eller hematitt. Veldig rik magnetitt jernmalm er i Kiruna (Nord-Sverige), selv om formasjonsdetaljene ikke er klare (det er ikke dannet jernbånd). Skarnrelaterte jernmalmer utvinnes også, selv om de pleier å være mindre omfangsrike. Jern kan også ekstraheres fra placereavsetninger (tung mineralsk sand).

Det brukes industrielt som råstoff ved fremstilling av andre jernbærende materialer. Magnetitt har blitt brukt til å lage betong med høy tetthet til atomreaktorer. Det brukes også som et svart pigment2.

Naturlig magnetisert magnetitt kalles lodestone. Normalt tiltrekkes det bare av håndmagnet, men magnetitt i seg selv tiltrekker seg ikke gjenstander av jern. Lodestone er annerledes fordi den gjør det også, og den justerer seg lett langs jordens magnetiske linjer. Dette gjør lodestone nyttig i navigering som et naturlig magnetisk kompass. Det er ikke helt klart hvorfor noen magnetitter naturlig magnetiseres, men lodesteiner inneholder inneslutninger av maghemitt (spinellgruppemineral), og en teori forbinder det med magnetfelt som omgir lynboltene. Dette kan forklare hvorfor lodesteiner finnes nær overflaten, ikke fra dype jernminer.

Magnetittkrystaller er funnet i hjernen til flere arter, inkludert mennesker. Det er blitt antatt at fugler kan bruke den til å navigere, men det er ikke klart hvilke fordeler de kan gi mennesker.

Massivt stykke jernmalm som består av nesten ren magnetitt. Jernmalm fra Kiruna er verdensberømt som en veldig rik høyverdig malm. Prøven føles veldig tung sammenlignet med vanlige silikatbergarter. Kiruna, Sverige. Bredde på prøven 13 cm.

Magnetitt med jaspis og hematitt. Disse mineralene kommer fra den hydrotermisk endrede havskorpen. Varmt nydannet havskorpe ved midthavsryggen er full av sprekker som gjør at sjøvann kan trenge inn i skorpen. Vann varmes opp når det sirkulerer i bergartene og utlekker metaller ut av basaltiskorpen. Metaller utfelles når dette veldig varme og metallrike vannet kommer inn i havet igjen gjennom svarte røykere. Disse metallforekomstene er kjent som malmforekomster av SedEx-type (sedimentær utåndingsmiddel). Løkken ophiolite, Norge. Bredde på prøven 13 cm.

Algoma-type banded iron formation (BIF) from the Archaean. Magnetitt er det viktigste jernholdige malmmineralet i disse svært gamle jernmalmene. Banded jernformasjon er den viktigste kilden til jern, selv om flertallet av disse avsetningene er fra proterozoikum. Bjørnevatn, Norge. Bredde på prøven 17 cm.

Båndjernformasjon av overlegen type fra Kryvyi Rih, Ukraina. Superior-BIF er den viktigste kilden til jern. Jernbærende mineral i disse bergartene er vanligvis enten hematitt eller magnetitt. Bredde på prøven 10 cm.

Magnetitt i kvarts. Bjørnevatn, Norge. Den opprinnelige bandingen av BIF blir forstyrret av de metamorfe prosessene. Bredde på prøven 11 cm.

Jernmalm fra Kiruna. De viktigste mineralene er magnetitt, kalsitt, aktinolit og apatitt. Kiruna er den største jernminen i Europa. Likevel er formasjonsdetaljene til disse bergartene fortsatt dårlig forstått. Bredde på prøven 14 cm.

Magnetitt med feltspat. Kiruna, Sverige. Bredde på prøven 16 cm.

Magnetitt med kalsitt (hvit) og pyritt (jernsulfid). Kiruna, Sverige. Bredde på prøven 14 cm.

Magnetitt i syenittporfyr. Kiruna, Sverige. Bredde på prøven 15 cm.

Dette er sand fra Nordøya i New Zealand. Den brukes som jernmalm. De svarte kornene er titanomagnetitt (total titaninnhold i prøven er 4 prosent). Jern utgjør 20 prosent av prøven (XRF-data). Gule korn er silikatmineraler. Synsbredde 10 mm.

Det er en hovedbestanddel i en tung mineralfraksjon av sand. Mange svarte mineraler på denne gullpannen er magnetittkorn. Det er også gull (gule flekker). Tankavaara, Finland.