Magnetyt

Magnetyt (Fe3O4) jest popularnym minerałem zawierającym tlenek żelaza. Jest członkiem grupy spinelowej. Są to minerały, które mają tę samą strukturę, ale różnią się składem chemicznym. Innymi godnymi uwagi członkami grupy są chromit i spinel. Magnetyt jest jednym z dwóch głównych źródeł żelaza. Innym ważnym minerałem zawierającym żelazo jest hematyt.

Kryształy magnetytu są nieprzezroczyste i mają lekko niebieskawo-czarny kolor. Szerokość widzenia 25 mm.

Bardziej precyzyjnym sposobem wyrażenia składu chemicznego jest rozróżnienie dwu- i trójwartościowego żelaza: Fe2 + Fe23 + O4. Jest to jednak idealna kompozycja dla końcowego elementu. Prawdziwe kryształy występujące w naturze prawie zawsze zawierają zmienną ilość Al, Cr, Mn3 + i Ti4 + zastępując Fe3 + i Ca, Mn2 +, Mg zastępując Fe2 +. Odmiana zawierająca tytan nazywa się tytanomagnetyt. Termin został zastosowany nieco luźno, ale najlepiej ograniczyć go do tych odmian, w których fazę ulvöspinel można wykazać za pomocą analizy rentgenowskiej1. Ulvöspinel jest końcowym członkiem grupy spineli o następującym składzie: Fe22 + TiO4.

Skład wyrażony jako Fe3O4 może powodować pewne zamieszanie. Tlen ma stopień utlenienia -2, a żelazo zwykle ma stopnie utlenienia +2 lub +3 (odpowiednio żelazo i żelazo). Aby utworzyć kryształ, te stany utleniania muszą się wzajemnie równoważyć lub znosić, ale 4 × -2 = -8, co nie jest równoważeniem 6 (2 × 3) lub 9 (3 × 3). Czy we wzorze jest błąd?

Niezupełnie. W celu rozwiązania tego problemu warto traktować go jako mieszaninę dwóch tlenków żelaza o stopniach utlenienia odpowiednio +3 i +2 (Fe2O3 i FeO), które łączą się w określony sposób i tworzą kryształy magnetytu. Ważne jest, aby zrozumieć, że magnetyt nie jest mieszaniną w ścisłym tego słowa znaczeniu. Jest to krystaliczne ciało stałe, w którym różne atomy żelaza są chemicznie połączone z atomami tlenu.

Magnetyt (szaro-czarny) o typowych oktaedrycznych kształtach kryształów. Żółty minerał to chalkopiryt. Szerokość widoku 30 mm. Złoże rudy polimetalicznej związane ze szkarnem. Hannukainen, Finlandia.

Właściwości

Najbardziej uderzającą właściwością magnetytu jest bardzo silny ferrimagnetyzm. To sprawia, że minerał jest łatwy do zidentyfikowania, ponieważ jest silnie przyciągany przez magnes ręczny. Ferrimagnetyzm jest spowodowany przeciwnymi, ale nierównymi momentami magnetycznymi w kryształach, co powoduje trwałe i spontaniczne namagnesowanie materiału.

Obecność dwu- i trójwartościowego żelaza w sieci krystalicznej jest powodem, dla którego magnetyt jest tak silnie magnetyczny. Żelazo dwuwartościowe (+2) i trójwartościowe (+3) ma nierówne momenty magnetyczne, które nie równoważą się nawzajem. Magnetyt jest najbardziej magnetycznym minerałem.

Wysoka zawartość żelaza nadaje magnetytowi nieprzezroczystość i czarny kolor. Spinel, który ma tę samą strukturę, jest różnie zabarwiony i przezroczysty, ponieważ zamiast tego zawiera magnez i aluminium lub żelazo.

Magnetyt jest minerałem gęstym (o gęstości 5.20). Jest to znacznie więcej niż typowe minerały krzemianowe (zwykle 2,5–3,5), dlatego skały zawierające znaczną ilość magnetytu wydają się ciężkie w ręcznej próbce. Twardość wynosi około 6 w skali Mohsa. Magnetyt nie ma rozszczepienia, ale rozstanie może być wyraźne. Kryształy są kruche, a pękanie jest nierówne.

W ten sposób piasek magnetytowy wyrównuje się w obecności silnego zewnętrznego pola magnetycznego. Pod próbką znajduje się magnes neodymowy. Kryształy z plaży Talofofo, Guam, USA. Szerokość widzenia 10 mm.

Występowanie

Magnetyt jest bardzo powszechnym (ale zwykle dodatkowym) minerałem w skałach magmowych i metamorficznych. Występuje w wielu różnych skałach magmowych jako małe ziarna ośmiościenne lub anedryczne. Może tworzyć większe segregacje w skałach węglanowych poddanych metasomatyzacji kontaktowej (skarnach), gdzie jest związany z minerałami kalcytu i wapniowo-krzemianowymi, takimi jak diopsyd, andradyt, aktynolit, tremolit itp.

Masywna różnorodność może również występować w niektórych mafijne włamania warstwowe. Może tworzyć się w skałach przeobrażonych regionalnie, gdzie powstaje kosztem wodorotlenków żelaza (getyt, limonit) i tlenków (hematytu).

Jest to główny minerał żelazonośny w najstarszym żelazie pasmowym typu Algoma formacje, w których jest on związany z chertem.

Magnetyt jest jednym z najpowszechniejszych minerałów w ciężkiej mineralnej frakcji piasku. Jego ziarna w piasku są na ogół znacznie mniejsze niż lżejsze ziarna mineralne ze względu na różną prędkość osiadania. Większość ziaren magnetytu w piasku jest zaokrąglona, ale niektóre mają charakterystyczną ośmiościenną morfologię. Nigdy nie jest wydłużany z powodu sześciennego (izometrycznego) układu kryształów.

Magnetyt występuje powszechnie w piasku, ponieważ występuje w wielu typach skał, a także jest umiarkowanie odporny na warunki atmosferyczne. W niektórych miejscach piasek na plaży może być tak skoncentrowany w magnetycie, że można go użyć jako rudy żelaza. W Nowej Zelandii do produkcji stali wykorzystuje się złoże piasku o nazwie Ironsand.

Magnetyt zmienia się pod wpływem warunków atmosferycznych na hematyt, getyt lub inne tlenki i wodorotlenki żelaza. Martyt to pseudomorficzny hematyt po magnetycie.

Magnetyt to pospolity ciężki minerał występujący w piasku. Skała ta to przeobrażone złoże piasku, które wydaje się być bardzo bogate w ciężkie minerały – magnetyt (czarny) i granat (czerwony). Półwysep Varanger, północna Norwegia. Szerokość próbki 18 cm.

Aktynolit (zielony) z magnetytem i kalcytem. Kiruna, Szwecja. Szerokość próbki 8 cm.

Kryształy magnetytu tworzące czarne paski w jasnym piasku. Jest to jeden z najpowszechniejszych składników ciężkich minerałów w piasku. White Park Bay, Irlandia Północna.

Magnetyt z tremolitem mineralnym z grupy amfiboli w skarn. Skarn jest skałą kontaktowo-metasomatyczną. Tworzy się, gdy gorąca krzemionkowa magma wchodzi w kontakt z węglanowymi skałami wiejskimi (dolomitem, wapieniem, marmurem). Rezultatem jest niezwykłe nagromadzenie minerałów wapienno-krzemianowych, takich jak tremolit, diopsyd, andradyt, wolastonit itp. Skały te często zawierają również minerały rud, ponieważ płyny późnoagmatyczne są zwykle wzbogacone w niekompatybilne pierwiastki chemiczne, które nie mają miejsca w strukturze krystalicznej zwykłych minerały magmowe. Skarn był pierwotnie terminem górniczym na minerały skały płonnej (wapienno-krzemiany) otaczające żyły rudy. Szerokość próbki 8 cm.

Magnetyt w skarn. Minerały gangów to serpentyna i talk. Te minerały sugerują, że musi istnieć główne źródło magnezu. Skały te rzeczywiście powstały, gdy magma wniknęła i zareagowała z marmurem dolomitowym (węglanem Mg-Ca). Tapuli, Szwecja. Szerokość próbki 11 cm.

Próbka Skarna z magnetytem, diopsydem (Ca-Mg-piroksen) i kalcytem. Tapuli, Szwecja. Szerokość próbki 12 cm.

Magnetyt to pospolity minerał hydrotermalny, który występuje w żyłach kwarcu z innymi minerałami rud. Ta próbka zawiera również kwarc (biały), piryt i chalkopiryt. Hannukainen, Finlandia. Szerokość próbki 11 cm.

Zastosowania

Magnetyt jest głównym źródłem żelaza. Formacje żelaza pasmowego to prekambryjskie skały metaproblemowe, w których fazą żelazonośną jest zwykle magnetyt lub hematyt. Bardzo bogata magnetytyczna ruda żelaza znajduje się w Kirunie (północna Szwecja), chociaż szczegóły formacji nie są jasne (nie jest to formacja pasmowa). Wydobywane są również rudy żelaza spokrewnione ze Skarnem, chociaż zwykle są one mniej obszerne. Żelazo można również wydobywać ze złóż placera (ciężki piasek mineralny).

Jest ono wykorzystywane przemysłowo jako surowiec do produkcji innych materiałów zawierających żelazo. Magnetyt był używany do wytwarzania betonu o dużej gęstości do reaktorów jądrowych. Jest również używany jako czarny pigment2.

Naturalnie namagnesowany magnetyt nazywany jest lodestone. Zwykle przyciąga go tylko magnes ręczny, ale sam magnetyt nie przyciąga obiektów zwariowanych z żelaza. Lodestone jest inny, ponieważ też to robi i łatwo ustawia się wzdłuż magnetycznych linii Ziemi. To sprawia, że lodestone jest przydatny w nawigacji jako naturalny kompas magnetyczny. Nie jest do końca jasne, dlaczego niektóre magnetyty są naturalnie namagnesowane, ale kamienie lodowe zawierają wtrącenia maghemitu (minerału grupy spinelowej) i jedna z teorii wiąże go z polami magnetycznymi otaczającymi błyskawice. To może wyjaśniać, dlaczego kamienie lodowe znajdują się blisko powierzchni, a nie w głębokich kopalniach żelaza.

Kryształy magnetytu znaleziono w mózgach kilku gatunków, w tym ludzi. Postawiono hipotezę, że ptaki mogłyby to wykorzystać do nawigacji, ale nie jest jasne, jakie korzyści mogą zapewnić ludziom.

Ogromny kawałek rudy żelaza, który składa się z prawie czystego magnetytu. Ruda żelaza z Kiruny jest znana na całym świecie jako bardzo bogata ruda wysokiej jakości. Próbka jest bardzo ciężka w porównaniu ze zwykłymi skałami krzemianowymi. Kiruna, Szwecja. Szerokość próbki 13 cm.

Magnetyt z jaspisem i hematytem. Te minerały pochodzą ze zmienionej hydrotermalnie skorupy oceanicznej. Gorąca, nowo utworzona skorupa oceaniczna na grzbiecie śródoceanicznym jest pełna pęknięć, które pozwalają wodzie morskiej wnikać do skorupy. Woda nagrzewa się podczas krążenia w skałach i wypłukuje metale ze skorupy bazaltowej. Metale wytrącają się, gdy ta bardzo gorąca i bogata w metale woda ponownie wpływa do oceanu przez czarnych palaczy. Te złoża metali są znane jako złoża rudy typu SedEx (osadowe wydychanie). Løkken ophiolite, Norwegia. Szerokość próbki 13 cm.

Formacja żelaza pasmowego typu Algoma (BIF) z archaizmu. Magnetyt jest głównym minerałem zawierającym żelazo w tych bardzo starych rudach żelaza. Żelazo pasmowe jest głównym źródłem żelaza, chociaż większość tych złóż pochodzi z proterozoiku. Bjørnevatn, Norwegia. Szerokość próbki 17 cm.

Najwyższej klasy żelazna formacja pasmowa z Krzywego Rogu na Ukrainie. Głównym źródłem żelaza są BIF typu Superior. Minerałem zawierającym żelazo w tych skałach jest zwykle hematyt lub magnetyt. Szerokość próbki 10 cm.

Magnetyt w kwarcu. Bjørnevatn, Norwegia. Oryginalne pasmowanie BIF jest zakłócane przez procesy metamorficzne. Szerokość próbki 11 cm.

Ruda żelaza z Kiruny. Głównymi minerałami są magnetyt, kalcyt, aktynolit i apatyt. Kiruna to największa kopalnia żelaza w Europie. Jednak szczegóły formacji tych skał są nadal słabo poznane. Szerokość próbki 14 cm.

Magnetyt ze skaleniem. Kiruna, Szwecja. Szerokość próbki 16 cm.

Magnetyt z kalcytem (biały) i pirytem (siarczek żelaza). Kiruna, Szwecja. Szerokość próbki 14 cm.

Magnetyt w porfirze sjenitowym. Kiruna, Szwecja. Szerokość próbki 15 cm.

To jest piasek z Północnej Wyspy Nowej Zelandii. Jest używany jako ruda żelaza. Czarne ziarna to tytanomagnetyt (całkowita zawartość tytanu w próbce wynosi 4 procent). Żelazo stanowi 20 procent próbki (dane XRF). Ziarna żółte to minerały krzemianowe. Szerokość widzenia 10 mm.

Jest głównym składnikiem ciężkiej mineralnej frakcji piasku. Wiele czarnych minerałów na tej złotej patelni to ziarna magnetytu. Jest też złoto (żółte plamy). Tankavaara, Finlandia.