Магнетит - формула, свойства

Синонимы: магнитный железняк.

Группа магнетита — хромита

Магнетит рудный минерал издревле используемый человеком.

Происхождение названия

Происхождение названия минерала неясно. Название, по-видимому, дано по местности (Магне­зия), граничащей с Македонией. Возможно также, что происхождение названия связано с легендами о Магнесе, пастухе, который первым нашел этот минерал, заметив, что железный наконечник его посоха и гвозди боти­нок прилипают к земле.

Формула магнетита

​ Кристаллы магнетита октаэдрического облика​
Кристаллы магнетита октаэдрического облика

Fe3+(Fe2+Fe3+)O4, применяются и сокращенные формулы: Fe2+Fe3+2O4  - FeFe2O4 или даже — Fe3O4.

Химический состав

Магнетит - наиболее богатый железом окисел. FeO — 31.03 %, Fe2O3 — 68.97 %. Содержание Fe — 72,4 %. Обычно бывает сравнительно чистым по составу.

Другие члены ряда магнетита:

  • Магнезиоферрит -MgFe2O4
  • Франклинит - ZnFe2O4
  • Якобсит - MnFe2O4
  • Треворит - NiFe2O4
  • Ульвёшпинель - TiFe2O4

Разновидности магнетита

1. Титаномагнетит - правильнее было бы писать Ti -магнетит, т. е. титанистый магнетит в состав которого входит TiO2 (до нескольких процентов), существующий при высоких температурах в виде твердого раствора ульвёшпинели Fe2+(Fe2+Ti4+)O4 в магнетите, ульвёшпинель и выпадает в магнетитовой матрице при распаде твердого раствора, окисляясь обычно в дальнейшем до ильменита. Для многих титаномагнетитов характерно присутствие существенной примеси кулсонита , что делает такие разности промышленно важным источником ванадия.

2. Кульсонит — ванадиевый магнетит — Fe2+V3+2O4 ( сокращенно (Fe, V)30 4) содержит до 4,84% ванадия.

3. Cr-магнетит с со держанием Сr2О3 (до нескольких процентов).

4. Изредка встречаются разности, богатые MgO (в Mg магнетите до 10 %), Аl2О3 (15 %) и др.

5. Маггемит -  (начальные буквы слов магнетит и гематит). Сравнительно редко встречающаяся в природе ферромагнитной окиси железа γ Fe2О3 кубической сингонии.

Кристаллографическая характеристика

Сингония кубическая; гексаоктаэдрический в. с.  Oh7 Fd3m, Z = 8 а0 = 8,374 А.

Магнетит при — 178° становится ромбическим, a0 — 5,91, b0 = 5,945, c0 = 8,39

Кристаллическая структура является структурой инвертированной шпинели. B[4]A[6]B[6]O4

Структура обратная шпинели, поскольку половина атомов трехвалентного железа располагается в тетраэдрических пустотах плотнейшей кубической упаковки, тогда как атомы двухвалентного железа вместе с другой половиной атомов трехвалентного железа располагаются в октаэдрических пустотах структуры. Поэтому формулу магнетита следовало бы писать так: Fe3+(Fe2+Fe3+) O 4.

Форма нахождения минерала в природе

Облик кристаллов

В соответствии со структурой кристаллы магнетита почти всегда октаэдрические, но известны также
и ромбододекаэдрические. 

​ Магнетит. Октаэдрические кристаллы в сланце
Магнетит. Октаэдрические кристаллы в сланце

Грани {110} часто бывают покрыты штрихами, параллельными длинной диагонали ромбов. В базальтовом стекле под микроскопом устанавливается в виде наночастиц дендритов.

Двойники по (111).

Агрегаты

Большей частью встречается в сплошных зернистых массах или в виде вкраплений в изверженных, преимущественно основных породах. В пустотах можно встретить друзы кристаллов. В осадочных породах встречаются оолиты.

В природных условиях очень часто происходит окисление магнетита — процесс мартитизации, приводящий иногда к полным псевдоморфозам гематита по магнетиту (мартит). Обратный процесс, известный под названием мушкетовитизация, происходит, когда гематит подвергается восстановлению.

Физические свойства минерала


Оптические свойства кристала

Цвет магнетита железно-черный до коричневого, иногда с синеватой побежалостью на кристаллах.

Черта черная (цвет порошка).

Блеск металлический или полуметаллический.

Непрозрачный. Только тончайшие осколки пропускают свет; n = 2,42.

Механические

Твердость 5,5–6. Хрупок.

Спайность отсутствует, однако у магнезиальных магнетитов часто наблюдается отчетливая отдельность по {111}.

​ Магнетит. Оолиты.
Магнетит. Оолиты.

Излом неровный, зернистый.

Плотность магнетита 4,9–5,2.

Химические свойства. В HCl в порошкообразном состоянии растворяется.

Прочие свойства: Сильно магнитный, некоторые магнетиты полярно магнитны (естественные магниты). При красном калении (около 580 °С, так называемая точка Кюри) магнетизм внезапно исчезает, но по охлаждении снова обнаруживается.

Температура плавления магнетита 1591°.

Диагностические признаки

По магнитности и черной черте обычно легко узнается и отличается от сходных с ним по внешнему виду минералов (гематита, гётита, гаусманита, хромита и др.), но не всегда легко отличим от реже встречающихся богатых закисью и окисью железа других минеральных видов группы шпинели: хромита (Fe2+Cr3+2O4), якобсита (Fe3+(Mn2+Fe3+)O4) и других.

Спутники. Кальцит, кварц, гематит, пирит, халькопирит, сидерит.

Происхождение магнетита

Магнетит — наиболее распространенный окисел в гипогенных условиях.

В отличие от гематита, магнетит образуется в более восстановительных условиях и встречается в самых различных генетических типах месторождений и горных пород.

Главные его месторождения имеют магматическое, контактово-метасоматическое и регионально метаморфическое происхождение. Магнетит встречается и в гидротермальных месторождениях.

Фото железистого кварцита
Фото железистого кварцита

 1. 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.

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

3. 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.

4. Как спутник магнетит встречается в гидротермальных месторождениях, главным образом в ассоциации с сульфидами (пирротином, пиритом, халькопиритом и др.). Сравнительно редко он образует самостоятельные месторождения в ассоциации с сульфидами, апатитом и другими минералами. Наиболее крупные месторождения этого типа в России известны в Ангаро-Илимском районе Сибири.

5. В экзогенных условиях образование магнетита может происходить лишь в исключительных случаях. Присутствие магнетитовых зернышек 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.

6. При региональном метаморфизме магнетит, так же как и гематит, возникает при дегидратации гидроокислов железа, образовавшихся в осадочных породах при экзогенных процессах, но в восстановительных условиях (при недостатке кислорода). К такого рода образованиям относят многие крупные по размерам пластовые залежи гематито-магнетитовых руд, встречающиеся среди метаморфизованных осадочных толщ. 

В зоне окисления он является сравнительно устойчивым минералом. При выветривании он с большим трудом поддается гидратации, т. е. превращению в гидроокислы железа. Этот процесс наблюдается редко
и сравнительно в очень небольших размерах.

Явление мартитизации (образование псевдоморфоз гематита по магнетиту) наблюдается в зонах жаркого климата. Локально проявляющаяся мартитизация магнетита устанавливается также в гидротермальных и метаморфизованных месторождениях вне всякой связи с экзогенными процессами.

При механическом разрушении горных пород он, освобождаясь от своих спутников, повсеместно переходит в россыпи. Поэтому они концентрируются в речных и морских песках создавая иногда магнетитовый пляж. В черных шлихах, получающихся при промывке золотоносных песков, магнетит является главной частью.

​ Магнетит. Фото октаэдрических кристаллов в сланце
Фото октаэдрических кристаллов в сланце

Практическое применение магнетита

Магнетит так же как и гематит является важнейшей рудой на железо. Титаномагнетиты служат рудой на ванадий.

Магнетитовые руды, содержащие нередко около 60 % железа, представляют собой важнейшее сырье для выплавки чугуна и стали. Вредными примесями в руде считаются фосфор, содержание которого при бессемеровском способе плавки не должно превышать 0,05 %, а для качественного металла — 0,03 %, и сера, предельное максимальное содержание которой должно быть не выше 1,5 %. При плавке руд по томасовскому способу, при котором фосфор переводится в шлак, содержание его должно быть не ниже 0,61 и не выше 1,50 %. Получающийся при этом фосфористый шлак носит название томасшлака и используется в качестве удобрения.

При плавке титаномагнетитовых руд из шлаков извлекается ванадий, имеющий большое значение при изготовлении качественных сталей. Пятиокись ванадия используется также в химической промышленности,  а как краситель — в керамике, и для других целей.

Месторождения

Из многочисленных месторождений России приведем лишь отдельные примеры.

К числу магматических месторождений относится Кусинское место рождение титаномагнетита, содержащего также повышенное количество ванадия (на Урале в 18 км к северу от Златоуста). Это месторождение пред ставлено жилами сплошных руд, залегающими среди материнских измененных изверженных пород габбровой формации. Магнетит тесно ассоциирует здесь с ильменитом и хлоритом.

На Ю. Урале разрабатывается Копанское месторождение Ti -магнетита.

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 и др.).

К числу таких же месторождений относятся на Урале: гора Высокая (у Нижнего Тагила), гора Благодать (в Кушвинском районе), Коршуновское (в Забайкалье), группа месторождений в Кустанайской области Казахстана (Соколовское, Сарбайское, Куржункуль), а также Дашкесан (Азербайджан) и др.

Крупнейшее месторождение Кривой Рог (Украина) относится к числу регионально-метаморфизованных осадочных месторождений. 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.

К числу аналогичных по генезису месторождений относятся: Курская магнитная аномалия (к юго востоку от Курска). 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, в Лабрадоре (Ньюфаундленд) и др.

Галлерея