Magnetiet

Magnetiet (Fe3O4) is een veelgebruikt ijzeroxide-mineraal. Het is een lid van de spinelgroep. Dit zijn mineralen die dezelfde structuur hebben, maar verschillen in chemische samenstelling. Andere opmerkelijke leden van de groep zijn chromiet en spinel. Magnetiet is een van de twee belangrijkste bronnen van ijzer. Het andere belangrijke ijzerhoudende mineraal is hematiet.

Magnetietkristallen zijn ondoorzichtig met een licht blauwachtig zwarte kleur. Kijkbreedte 25 mm.

Een preciezere manier om de chemische samenstelling uit te drukken, is door onderscheid te maken tussen twee- en driewaardig ijzer: Fe2 + Fe23 + O4. Dit is echter de ideale samenstelling voor het eindlid. Echte kristallen die in de natuur worden aangetroffen, bevatten bijna altijd een variabele hoeveelheid Al, Cr, Mn3 + en Ti4 + die Fe3 + en Ca, Mn2 + vervangen, waarbij Mg Fe2 + vervangt. Titaniferous variëteit wordt titanomagnetite genoemd. De term is enigszins losjes toegepast, maar het is het beste om hem te beperken tot die variëteiten waar de ulvöspinelfase kan worden aangetoond met röntgenanalyse. Ulvöspinel is een eindlid van de spinelgroep met de volgende samenstelling: Fe22 + TiO4.

De samenstelling uitgedrukt als Fe3O4 kan enige verwarring veroorzaken. Zuurstof heeft een oxidatietoestand van -2 en ijzer heeft meestal een oxidatietoestand van +2 of +3 (respectievelijk ferro- en ferri-ijzer). Om een kristal te vormen, moeten deze oxidatietoestanden elkaar in evenwicht brengen of opheffen, maar 4 × -2 = -8, wat niet 6 (2 × 3) of 9 (3 × 3) in evenwicht brengt. Zit er een fout in de formule?

Niet echt. Om dit probleem op te lossen is het nuttig om het te behandelen als een mengsel van twee ijzeroxiden met oxidatietoestanden van respectievelijk +3 en +2 (Fe2O3 en FeO) die op een bepaalde manier gecombineerd worden en magnetietkristallen vormen. Het is belangrijk om te begrijpen dat magnetiet geen mengsel in strikte zin is. Het is een kristallijne vaste stof waarin verschillende ijzeratomen chemisch gecombineerd zijn met zuurstofatomen.

Magnetiet (grijsachtig zwart) met typische octaëdrische kristalvormen. Geel mineraal is chalcopyriet. Breedte zicht 30 mm. Skarn-gerelateerde polymetaalertsafzetting. Hannukainen, Finland.

Eigenschappen

De meest opvallende eigenschap van magnetiet is een zeer sterk ferrimagnetisme. Het maakt het mineraal gemakkelijk herkenbaar omdat het sterk wordt aangetrokken door een handmagneet. Ferrimagnetisme wordt veroorzaakt door tegengestelde, maar ongelijke magnetische momenten in de kristallen, wat resulteert in permanente en spontane magnetisatie van het materiaal.

De aanwezigheid van twee- en driewaardig ijzer in het kristalrooster is de reden waarom magnetiet zo sterk magnetisch is. Tweewaardig (+2) en driewaardig (+3) ijzer hebben ongelijke magnetische momenten die elkaar niet in evenwicht houden. Magnetiet is het meest magnetische mineraal.

Het hoge ijzergehalte geeft magnetiet zijn ondoorzichtigheid en zwarte kleur. Spinel met dezelfde structuur is variabel gekleurd en transparant omdat het magnesium en aluminium of ijzer bevat.

Magnetiet is een dicht mineraal (soortelijk gewicht 5.20). Dit is aanzienlijk hoger dan gewone silicaatmineralen (meestal 2,5-3,5), daarom voelen gesteenten met een aanzienlijke hoeveelheid magnetiet zwaar aan in het handmonster. De hardheid is ongeveer 6 op de schaal van Mohs. Magnetiet heeft geen splitsing, maar de scheiding kan verschillend zijn. Kristallen zijn broos en breuk is ongelijk.

Dit is hoe magnetisch zand zichzelf uitlijnt in de aanwezigheid van een sterk extern magnetisch veld. Er is een neodymiummagneet onder het monster geplaatst. Kristallen van Talofofo Beach, Guam, VS. Zichtbreedte 10 mm.

Voorkomen

Magnetiet is een veel voorkomend (maar meestal bijkomend) mineraal in stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten. Het komt voor in een grote verscheidenheid aan stollingsgesteenten als kleine octaëdrische of anhedrale korrels. Het kan grotere segregaties vormen in contact-gemetasomatiseerde carbonaatgesteenten (skarns) waar het wordt geassocieerd met calciet en calc-silicaatmineralen zoals diopside, andradiet, actinoliet, tremoliet, enz.

Enorme variëteit kan ook voorkomen bij sommige mafische gelaagde inbraken. Het kan zich vormen in regionaal metamorfoseerde gesteenten waar het zich vormt ten koste van ijzerhydroxiden (goethiet, limoniet) en oxiden (hematiet).

Het is het belangrijkste ijzerhoudende mineraal in het oudste Algoma-type gestreepte ijzer formaties waar het wordt geassocieerd met vuursteen.

Magnetiet is een van de meest voorkomende mineralen in de zware minerale fractie van zand. Zijn korrels in zand zijn over het algemeen veel kleiner dan lichtere minerale korrels vanwege een verschillende bezinkingssnelheid. De meeste magnetietkorrels in zand zijn afgerond, maar sommige vertonen karakteristieke octaëdrische morfologie. Het is nooit langwerpig vanwege het kubieke (isometrische) kristalsysteem.

Magnetiet komt veel voor in zand omdat het overvloedig voorkomt in veel gesteentesoorten en het ook matig bestand is tegen weersinvloeden. Op sommige plaatsen kan strandzand zo geconcentreerd zijn in magnetiet dat het kan worden gebruikt als ijzererts. In Nieuw-Zeeland wordt een zandafzetting genaamd Ironsand gebruikt om staal te maken.

Magnetiet wordt in de verweringsomgeving veranderd in hematiet, goethiet of andere ijzeroxiden en hydroxiden. Martiet is een pseudomorf hematiet na magnetiet.

Magnetiet is een veel voorkomend zwaar mineraal in zand. Dit gesteente is een metamorfoseerde zandafzetting die zeer rijk lijkt te zijn aan zware mineralen magnetiet (zwart) en granaat (rood). Schiereiland Varanger, Noord-Noorwegen. Breedte van monster 18 cm.

Actinoliet (groen) met magnetiet en calciet. Kiruna, Zweden. Breedte van monster 8 cm.

Magnetietkristallen die zwarte strepen vormen in lichtgekleurd zand. Het is een van de meest voorkomende bestanddelen van zware mineralen in zand. White Park Bay, Noord-Ierland.

Magnetiet met amfiboolgroep mineraal tremoliet in skarn. Skarn is een contact-metasomatische rots. Het vormt zich wanneer heet siliciummagma in contact komt met carbonaatgesteenten (dolomiet, kalksteen, marmer). Het resultaat is een ongebruikelijke assemblage van calc-silicaatmineralen zoals tremoliet, diopside, andradiet, wollastoniet, enz. magmatische mineralen. Skarn was oorspronkelijk een term voor mijnwerkers voor de ganggesteente-mineralen (kalksilicaten) rond de ertsaders. Breedte van monster 8 cm.

Magnetiet in skarn. Ganggesteente-mineralen zijn serpentijn en talk. Deze mineralen geven aan dat er een belangrijke bron van magnesium moet zijn. Deze rotsen werden inderdaad gevormd toen magma binnendrong en reageerde met dolomiet (Mg-Ca-carbonaat) marmer. Tapuli, Zweden. Breedte van monster 11 cm.

Skarn-monster met magnetiet, diopside (Ca-Mg-pyroxeen) en calciet. Tapuli, Zweden. Breedte van monster 12 cm.

Magnetiet is een veel voorkomend hydrothermisch mineraal dat voorkomt in kwartsaders met andere ertsmineralen. Dit monster bevat ook kwarts (wit), pyriet en chalcopyriet. Hannukainen, Finland. Breedte monster 11 cm.

Toepassingen

Magnetiet is een belangrijke bron van ijzer. Gestreepte ijzerformaties zijn precambrium metasedimentair gesteente waarbij de ijzerhoudende fase gewoonlijk magnetiet of hematiet is. Zeer rijk magnetisch ijzererts bevindt zich in Kiruna (Noord-Zweden), hoewel de details van de formatie niet duidelijk zijn (het is geen vorming van gestreepte ijzer). Skarn-gerelateerde ijzerertsen worden ook gedolven, hoewel ze meestal minder omvangrijk zijn. IJzer kan ook worden gewonnen uit placerafzettingen (zwaar mineraal zand).

Het wordt industrieel gebruikt als grondstof bij de vervaardiging van andere ijzerhoudende materialen. Magnetiet is gebruikt om beton met hoge dichtheid te maken voor kernreactoren. Het wordt ook gebruikt als een zwart pigment2.

Natuurlijk gemagnetiseerd magnetiet wordt lodestone genoemd. Normaal gesproken wordt het alleen aangetrokken door een handmagneet, maar magnetiet zelf trekt geen ijzeren voorwerpen aan. Lodestone is anders omdat het dat ook doet en het zichzelf gemakkelijk uitlijnt langs de magnetische lijnen van de aarde. Dit maakt lodestone nuttig bij navigatie als een natuurlijk magnetisch kompas. Het is niet helemaal duidelijk waarom sommige magnetieten van nature gemagnetiseerd zijn, maar lodestones bevatten insluitsels van maghemiet (spinelgroepmineraal) en een theorie associeert het met magnetische velden rondom bliksemschichten. Dit zou kunnen verklaren waarom lodestones dicht bij het oppervlak worden gevonden, niet in diepe ijzermijnen.

Magnetietkristallen zijn gevonden in de hersenen van verschillende soorten, waaronder mensen. Er wordt verondersteld dat vogels er gebruik van kunnen maken om te navigeren, maar het is niet duidelijk welke voordelen ze kunnen bieden aan mensen.

Enorme brok ijzererts dat is samengesteld uit bijna puur magnetiet. IJzererts uit Kiruna is wereldberoemd als zeer rijk hoogwaardig erts. Het monster voelt erg zwaar aan in vergelijking met gewone silicaatrotsen. Kiruna, Zweden. Breedte monster 13 cm.

Magnetiet met jaspis en hematiet. Deze mineralen zijn afkomstig van de hydrothermisch veranderde oceanische korst. Hete nieuw gevormde oceanische korst op de mid-oceanische rug zit vol scheuren waardoor zeewater de korst kan binnendringen. Water warmt op wanneer het in de rotsen circuleert en loogt metalen uit de basaltkorst. Metalen worden neergeslagen wanneer dit zeer hete en metaalrijke water via zwarte rokers weer in de oceaan komt. Deze metaalafzettingen staan bekend als SedEx-type (sedimentair uitademend) ertsafzettingen. Løkken ophiolite, Noorwegen. Breedte van monster 13 cm.

Algoma-type gestreepte ijzerformatie (BIF) uit het Archaïsche. Magnetiet is het belangrijkste ijzerhoudende ertsmineraal in deze zeer oude ijzerertsen. De vorming van bandijzer is de belangrijkste bron van ijzer, hoewel de meeste van deze afzettingen afkomstig zijn van het proterozoïcum. Bjørnevatn, Noorwegen. Breedte monster 17 cm.

Gestreepte ijzervorming van het superieure type uit Kryvyi Rih, Oekraïne. BIFs van het superieure type zijn de belangrijkste bron van ijzer. IJzerhoudend mineraal in deze rotsen is meestal hematiet of magnetiet. Breedte van monster 10 cm.

Magnetiet in kwarts. Bjørnevatn, Noorwegen. De oorspronkelijke banding van BIF wordt verstoord door de metamorfe processen. Breedte van monster 11 cm.

IJzererts uit Kiruna. De belangrijkste mineralen zijn magnetiet, calciet, actinoliet en apatiet. Kiruna is de grootste ijzermijn van Europa. Toch worden de formatiedetails van deze rotsen nog steeds slecht begrepen. Breedte van monster 14 cm.

Magnetiet met veldspaat. Kiruna, Zweden. Breedte monster 16 cm.

Magnetiet met calciet (wit) en pyriet (ijzersulfide). Kiruna, Zweden. Breedte van het monster 14 cm.

Magnetiet in syenietporfier. Kiruna, Zweden. Breedte van monster 15 cm.

Dit is zand van het Noordereiland van Nieuw-Zeeland. Het wordt gebruikt als ijzererts. De zwarte korrels zijn titanomagnetiet (het totale titaniumgehalte van het monster is 4 procent). IJzer vormt 20 procent van het monster (XRF-gegevens). Gele korrels zijn silicaatmineralen. Zichtbreedte 10 mm.

Het is een hoofdbestanddeel in een zware minerale fractie van zand. Veel zwarte mineralen op deze gouden pan zijn magnetietkorrels. Er is ook goud (gele vlekken). Tankavaara, Finland.