Магнети́т (устаревший синоним — магни́тный железня́к ) FeO·Fe ₂ O ₃ — широко распространённый минерал чёрного цвета из класса оксидов, природный оксид железа(II,III) . Магнетит является важной железной рудой , наряду с гематитом . Первый магнитный материал, известный человечеству . Происхождение названия точно не установлено. Возможно, минерал назван в честь Магнеса — пастуха, впервые нашедшего природный магнитный камень, притягивающий железо , на горе Ида ( Греция ), либо от античного города Магнесия в Малой Азии .

Свойства минерала

Физические свойства и константы

Излом неровный. Хрупок. Твёрдость 5,5—6,5. Микротвёрдость по Бови и Тейлору 535—695 кгс /мм ² , по Янгу и Миллмэну 490—660 кгс/мм ² , по Гершойгу 412—689 кгс/мм ² при нагрузке на 100 г. Удельный вес 4,8—5,3. Цвет железно-чёрный, иногда с синеватой побежалостью на гранях кристаллов. Черта чёрная. Блеск металлический, иногда полуметаллический .

Отдельность по {111} отчётливая, также сообщается об отдельности по {001}, {011}, {138}. Спайность весьма несовершенная .

Полупроводник . Электропроводность низкая. Истинная удельная электропроводность монокристаллического магнетита максимальна при комнатной температуре ( 250 Ом ⁻¹ ·см ⁻¹ ), она быстро снижается при понижении температуры, достигая значения около 50 Ом ⁻¹ ·см ⁻¹ при температуре перехода Вервея (фазового перехода от кубической к низкотемпературной моноклинной структуре, существующей ниже T _V = 120—125 К ) . Электропроводность моноклинного низкотемпературного магнетита на 2 порядка ниже, чем кубического ( ~1 Ом ⁻¹ ·см ⁻¹ при T _V ); она, как и у любого типичного полупроводника, очень быстро уменьшается с понижением температуры, достигая нескольких единиц ×10 ⁻⁶ Ом ⁻¹ ·см ⁻¹ при 50 К . При этом моноклинный магнетит, в отличие от кубического, проявляет существенную анизотропию электропроводности — проводимость вдоль главных осей может отличаться более чем в 10 раз . При 5,3 К электропроводность достигает минимума ~10 ⁻¹⁵ Ом ⁻¹ ·см ⁻¹ и растёт при дальнейшем понижении температуры. При температуре выше комнатной электропроводность медленно уменьшается до ≈180 Ом ⁻¹ ·см ⁻¹ при 780—800 К , а затем очень медленно растёт вплоть до температуры разложения .

Кажущаяся величина электропроводности поликристаллического магнетита в зависимости от наличия трещин и их ориентировки может отличаться в сотни раз.

Не радиоактивен. Сильно магнитен; некоторые магнетиты полярно магнитны ( естественные магниты ). Точка Кюри для магнетита из различных месторождений колеблется от 550 до 600 °C , среднее значение около 575 °C (ниже её минерал ферромагнитен, выше — парамагнитен). Синтетический магнетит — оксид железа(II,III) — является ферримагнетиком с точкой Кюри 858 К (572 °С) . С уменьшением величины зёрен магнитность возрастает, также возрастает остаточная намагниченность. Может изменять показания компаса . По данному признаку его можно найти: стрелка компаса показывает на магнетит и его залежи.

В ориентированном магнитном поле при охлаждении до 78 K кубическая ячейка магнетита переходит в ромбическую или в ячейку более низкой сингонии .

Может истираться в песок, который не теряет магнитных свойств. При поднесении магнита магнитный песок притягивается к полюсам магнита.

Химический состав и свойства

Теоретический состав: FeO — 31,03 %; Fe ₂ O ₃ — 68,97 %, Fe — 72,36 %; O — 27,64 %. Обычно магнетит содержит изоморфные примеси Ti , V , Mn , Mg , Al , Cr и др.; при повышенном содержании примеси выделяют разновидности магнетита ( титаномагнетит , и т. д.). Имеются данные, что содержание в магнетите титана зависит от условий образования и в частности от температуры. Раннемагматические магнетиты характеризуются повышенным содержанием хрома. Для магнетитов рудных выделений отмечается повышенное содержание хрома и ванадия по сравнению с акцессорными магнетитами.

Обнаружена прямая линейная корреляция между содержанием ванадия и титана в магнетитах. На Урале магнетиты из гранитоидов, связанных с габбро или с основными эффузивами , отличаются от магнетитов из пород гранитных формаций повышенным содержанием ванадия и титана.

Более низкотемпературные магнетиты содержат больше марганца, цинка и ванадия и меньше никеля, магния, а также других элементов-примесей. Кальций типичен для магнетита пегматито-пневмалитовых тел .

Растворимость увеличивается при применении различных кислот в следующем порядке: H ₃ PO ₄ , H ₂ SO ₄ , HCl , HNO ₃ .

Трудно растворяется в соляной кислоте (порошок заметно растворяется). Травится концентрированной соляной кислотой, особенно с электрическим током ; другие стандартные реактивы не действуют. Полностью разлагается при сплавлении с KHSO ₄ . Даёт микрохимическую реакцию на Fe ³⁺ c KCNS на фильтровальной бумаге.

Перед паяльной трубкой не плавится. В окислительном пламени вначале превращается в маггемит , затем в гематит , теряя магнитные свойства.

Макроскопическая характеристика

Непрозрачен. В тончайших шлифах просвечивает. Изотропен . В отражённом свете в полированном шлифе серый с заметным коричневатым оттенком, в лучах ртутно-кварцевой лампы тёмно-серый. Пиковая отражающая способность — 22,3 %, при длине волны 400 нм, минимальная отражающая способность — 20,3%, при 500-520 нм.

Травлением HCl часто выявляется зональное строение зерен; иногда оно заметно без травления. Изредка наблюдается концентрически-зональная коллиморфная структура, иногда двойники. Некоторые зёрна и кристаллы магнетита в отражённом свете оказываются состоящими из буровато-серой и синевато-серой разностей. Первая из них по оптическим свойствам близка к обычному магнетиту. Вторая наблюдается в виде каёмок около зёрен первой или образует в них зоны и прожилки; обладает несколько повышенной отражательной способностью (22—23 %), более высоким рельефом, плохо травится HCl. Различие в составе этих разностей магнетита не выявлено .

Морфология кристаллов

Образует кристаллы кубической сингонии, точечная группа m3m (3 L ₄ 4 L ₃ 6 L ₂ 9 PC по Браве ), пространственная группа Fd3m (F41/d 3 2/m), параметры ячейки a = 8,397 Å, число формульных единиц (Z) = 8 (структура шпинели ). Элементарная ячейка увеличивается при замещении Fe ²⁺ на марганец ; замещение Fe ²⁺ на Co ²⁺ , Ni ²⁺ , а также Fe ³⁺ на Al ³⁺ и Cr ³⁺ , вызывает уменьшение размера ячейки.

Отмечена зависимость элементарной ячейки от происхождения магнетита: наиболее высокие значения a свойственны магнетиту метаморфических образований , наименьшие — магнетиту эффузивных пород .

Кристаллохимическая структура представляет собой каркас, состоящий из тетраэдрических и октаэдрических групп ионов кислорода , в которых расположены соответственно ионы трёхвалентного и двухвалентного железа . Кристаллы обычно октаэдрические , реже додекаэдрические и очень редко кубического облика. Двойники нередки, иногда неделимые двойники уплощены .

Некоторые магнетиты имеют значительное количество ультра- и микропор. Суммарный объем пор зависит от условий образования, в частности. от температуры . Например средняя пористость магнетита из уральских месторождений магматического типа равна 2,6 %, а из контактово-метасоматических месторождений — 6,19 %. Магнетит ранней генерации обладает пористостью 4,4 %, а магнетит поздней генерации — 9,35 %. Наблюдалась почти в два раза большая пористость центральных частей некоторых частей кристаллов магнетита по сравнению с их периферическими частями, чем обусловлено избирательное изменение центральных частей кристаллов .

Соотношение размеров элементарной ячейки и содержания некоторых окислов в магнетите

a	${\displaystyle {\ce {MgO}}}$	${\displaystyle {\ce {Al2O3}}}$	${\displaystyle {\ce {NiO}}}$	Месторождение
8,387	2,55	0,75	—	Филаборва, провинция Лимпопо ( ЮАР )
8,389	1,73	0,45	—	Пудепупт, провинция Мпумаланга ( ЮАР )
8,394	1,48	0,38	—	Сибаса, область Зотпансберг
8,386	1,05	0,07	1,76	Эмалахлени , провинция Мпумаланга ( ЮАР )
8,392	0,095	0,46	—	Майнвил ( штат Нью-Йорк , США )
8,396	0,67	0,09	—	Барбертон ( ЮАР )

Форма нахождения и генезис

Распространён весьма широко, образует большие скопления и рудные залежи. Встречается в виде зернистых агрегатов , отдельных кристаллов и друз ; сравнительно редко в виде колломорфных метаколлоидных агрегатов, оолитов , пизолитов , дендритов (в изверженных породах), волокнистых и сажистых выделениях.

Экзогенный магнетит изредка образует конкреции радиально-лучистого строения с поперечником до 15—20 см и агрегаты игольчатых индивидов .

Происхождение

Магнетит в отличие от гематита образуется при относительно низком парциальном давлении кислорода . Встречается в месторождениях различных генетических типов, а также как акцессорный минерал в различных горных породах.

В магматических горных породах он обычно наблюдается в виде вкрапленности. С основными породами ( габбро ) нередко генетически связаны магматические месторождения титаномагнетита в виде неправильной формы скоплений и жил . Сравнительно редко магнетитовые месторождения приурочены к кислым и щелочным породам. В крупнейших магнетитовых месторождениях Швеции руды залегают среди сиенит-порфиров. В тесном прорастании с апатитом и реже с гематитом , магнетит образует залежи мощностью от 10 до 150 метров. Сиенит-порфиры тоже содержат магнетит, который образует как равномерную вкрапленность в породе (магнетит-сиенитовый порфир), так и неправильные округлые обособления и прожилки .

В незначительных количествах он присутствует во многих пегматитах в парагенезисе с биотитом , сфеном , апатитом и другими минералами .

В контактово-метасоматических образованиях он часто играет весьма существенную роль, сопровождаясь гранатами , пироксенами , хлоритами , сульфидами , кальцитом и другими минералами. Известны крупные месторождения, образовавшиеся на контакте известняков с гранитами и сиенитами . По минеральным ассоциациям можно выделить три типа метасоматических месторождений .

1. Магнетит ассоциирует со скаполитом , в очень незначительном количестве наблюдается пироксен, сфен и апатит . Магнетит заполняет промежутки между зернами скаполита или образует в них мелкие включения. В результате замещения известняков образуются массивные магнетитовые руды, а при замещении вулканических пород , роговиков и гранитоидов — вкрапленные скаполито-магнетитовые руды. Скаполит часто замещается альбитом , образуются своеобразные магнетито- полешпатовые породы.
2. Магнетит ассоциирует с пироксеном и гранатом ; в той же ассоциации встречаются амфиболы , везувиан , волластонит , пирит , хлорит, кальцит , гематит . Основная масса магнетита выделяется в конце скарнового процесса, нередко замещая гранит и пироксен с образованием вкрапленных и массивных руд. Магнетит поздних генераций нередко замещает пластинчатые агрегаты гематита — образуются псефдоморфозы магнетита по гематиту — мушкетовит.
3. Магнетит тесно ассоциирует с силикатами и алюмосиликатами — серпентином , актинолитом , эпидотом , флогопидом . халькопиритом ). Сравнительно редко он образует самостоятельные месторождения в ассоциации с сульфидами, апатитом и другими минералами .

При региональном метаморфизме осадочных железных руд возникали очень крупные пластовые и линзообразные залежи гематито-магнетитовых руд среди метаморфизованных древних осадочных толщ .

В экзогенных условиях образование магнетита может происходить лишь в исключительных случаях. Присутствие магнетитовых зёрнышек в современном морском иле, как полагают, является результатом не только сноса их с суши в виде обломочного материала, но также в виде новообразований на месте за счет гидроокислов железа под восстанавливающим влиянием разлагающихся органических веществ .

Месторождения

К числу магматических месторождений относится Кусинское месторождение ( Челябинская обл. ) титаномагнетита , содержащего также повышенное количество ванадия . Это месторождение представлено жилами сплошных руд, залегающими среди материнских изменённых изверженных пород габбровой формации. Магнетит тесно ассоциирует здесь с ильменитом и хлоритом. На Кольском полуострове крупное месторождения магнетита приурочено к массиву карбонатитов ( Ковдор ), где он добывается попутно с апатитом и бадделеитом (руда на цирконий). На Южном Урале разрабатывается Копанское месторождение титаномагнетита . В рудах Садбери ( Канада ) магнетит обнаружен среди сульфидов и силикатов вмещающих пород.

Существуют месторождения пегматита с содержанием магнетита в Норвегии (Фредриксвен, Лангезундфиорд) и США ( Довер в шт. Делавэр , Майнвил в шт. Нью-Йорк ) .

Примером контактово-метасоматических месторождений является известная гора Магнитная ( Южный Урал ). Мощные магнетитовые залежи располагаются среди гранатовых, пироксено-гранатовых и гранат-эпидотовых скарнов , образовавшихся при воздействии гранитной магмы на известняки. В некоторых участках рудных залежей магнетит ассоциирует с первичным гематитом . Руды, залегающие ниже зоны окисления, содержат вкрапленные сульфиды ( пирит , изредка халькопирит , галенит ). К числу таких же месторождений относятся на Урале : гора Высокая (у Нижнего Тагила ), гора Благодать (в Кушвинском районе Свердловской области ), Коршуновское (в Забайкалье ), группа месторождений в Костанайской области Казахстана (Соколовское, Сарбайское, Куржункуль), а также Дашкесан ( Азербайджан ) . Магнетит обнаружен в месторождении Кара на острове Тасмания ( Австралия ), который залегает над гранитными породами в виде андрадит -пироксен-везувианитового скарна неправильной формы .

Курская магнитная аномалия относится к числу регионально-метаморфизованных осадочных месторождений. Глубоко метаморфизованные железистые кварциты известны также в месторождениях на Кольском полуострове ( Оленегорское ) и в Западной Карелии ( Костомукша ). Из иностранных отметим крупнейшие месторождения Кирунаваара и Люоссаваара в Швеции , залегающие в виде мощных жилообразных залежей в метаморфизованных толщах вулканитов; магнетит ассоциирует здесь с апатитом . Огромные месторождения магнетито-гематитовых руд США располагаются в районе Верхнего озера среди древнейших метаморфизованных сланцев. Месторождения Криворожского железорудного бассейна ( Кривой Рог , Украина ) относятся к аналогичному генезису. В толще слоистых железистых кварцитов , кроме типичных пластовых залежей, сплошные железные руды представлены также столбообразными залежами с линзовидной формой в поперечном сечении, уходящими на значительную глубину .

Также наблюдается в шт. Массачусетс (округ Мидлсекс , Таунсенд) и встречается в месторождениях неподалёку от города Мейвилл ( округ Додж , шт. Висконсин ) . Во Франции обнаружен в месторождении Ле Рун ( Бретань , Плестен-ле-Грев ) .

Отличительные характеристики

От сходных по внешнему виду минералов ( гематит , гаусманит , якобсит , браунит , шпинель ) магнетит легко отличается по чёрной черте и сильной магнитности. Микроскопически в отраженном свете магнетит отличается от гематита изотропностью , низкой отражательной способностью, серовато-буроватым оттенком окраски и изометричностью зёрен. Ильменит , часто ассоциирующийся с магнетитом, анизотропен, имеет более низкую отражательную способность и не травится HCl . От якобсита и браунита магнетит отличается отсутствием внутренних рефлексов; кроме того, браунит анизотропен и обладает пониженной отражательной способностью .

Применение

• Важная железная руда (72,4 % железа ). Магнетитовые руды — главный тип железных руд, попутно извлекаются также Ti , V . Основной метод обогащения — мокрая магнитная сепарация в слабом поле. Комбинированные схемы обогащения (магнитно-гравитационные, обжигмагнитные, магнитофлотационные и др.) применяются для комплексных, в том числе титаномагнетитовых , а также бедных руд.
• Изделия из плавленого магнетита используют в качестве электродов для некоторых ^{[ каких? ]} электрохимических процессов. Например в качестве материала анодов в системах электрохимической ("катодной") защиты от коррозии.
• Частично используется в качестве утяжелителей глинистых растворов при бурении .

Разновидности

1. Глиноземистый Магнетит - разновидность, богатое алюминием ;
2. Гидромагнетит - Гидратированный магнетит (Fe ²⁺ Fe ³⁺ ₂ O ₄ · nH ₂ O)
3. Магнитный камень - Разновидность магнетита, который представляет собой природный магнит.
4. Манганмагнетит - Разновидность магнетита, содержащего Mn ²⁺ , заменяющий Fe ²⁺ .
5. Мушкетовит - название, данное псевдоморфозам магнетита после гематита .
6. Цинковый магнетит - промежуточный минерал изоморфного ряда магнетит - франклинит с замещением Fe ₂ на Zn . Содержание ZnO может достигать 12,9%. Обнаружен в шахте Лонгбан (Филипстад, Швеция ).
7. — (Fe,Mg)Fe ₃ O ₄ , с повышенным содержанием магния, промежуточный между магнетитом — FeFe ₂ O ₄ и магнезиоферритом — MgFe ₂ O ₄ ;
8. Титаномагнетит — магнетит, содержащий мелкие включения титановых минералов; большей частью эти включения являются продуктами распада твёрдых растворов (FeTiO ₃ или Fe ₂ TiO ₄ ), иногда продуктами замещения магнетита ;
9. — разновидность магнетита с содержанием ванадия. Содержит до 8 % V ₂ O ₅ . Найден в месторождениях Бихар ( Индия ) и Бушвелд ( ЮАР );
10. — Fe ²⁺ (Fe ³⁺ ,Cr ³⁺ ) ₂ O ₄ , Cr изоморфно замещает Fe ³⁺ . Обнаружен на Урале и в Трансваале ;
11. — промежуточный между магнетитом и герцинитом .

См. также

• Оксиды железа
• Феррит
• Вюстит
• Маггемит ( γ - Fe ₂ O ₃ )
• Гематит ( α -Fe ₂ O ₃ )

Примечания

Литература и источники

1. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская Э. М. Минералы. Справочник. Выпуск 3. Сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты, гидроокислы.. — Москва: Наука, 1967. — Т. 2. — 676 с.
2. Каденская М. И. Руководство к практическим занятиям по минералогии и петрографии. — Москва: Просвещение, 1976. — 240 с.
3. Добровольский В. В. Геология, минералогия, динамическая геология, петрография.. — Москва: Владос, 2001. — С. 320. — ISBN 5-691-00782-3 .
4. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — Москва: КДУ, 2007. — 721 с.
5. Зырянова Л.А. . — Томск: Томский гос. ун-т, 2015. — С. 29. — 58 с.
6. Маттис Д. / под ред. И. М. Лифшица и М. И. Каганова. — Москва: Мир, 1967. — 408 с.
7. Dale, T. Nelson. (англ.) . — Washington: Govt. Print. Off., 1923. — P. 376. — 488 p.

Ссылки

• . — Каталог Минералов
• . [англ.] — Mindat.org
• . [англ.] — David Barthelmy
• . — Geowiki
• . — Geowiki
• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.