Самородное железо

Группа

Английское название минерала Железо - Iron

Синоним: феррит

Для чистого железа известны три основные полиморфные модификации:   α - железо (а0 = 2,86 А), устойчивое до 910°; γ - железо (а0= 3,63 А при 1000°), устойчивое в интервале температур 910—1401°; σ - железо, устойчивое выше 1401°; α - и  σ -железо имеют структуру объемноцентрированного куба,γ - железо обладает структурой гранецентрированного куба (плотнейшая кубическая упаковка). Обычно железо образует твердый раствор с никелем, α - железо может содержать до 30% Ni (а0= 2,865—2,875). γ-модификация при наличии Ni устойчива при обыкновенных температурах. Никель, для структуры которого характерна гранецентрированная кубическая ячейка, дает с железом твердые растворы, содержащие до 70% Fe (никель-железо с а0= 3,52—3,60).
По условиям нахождения различают: А) теллурическое, или земное, железо (и никель-железо); Б) метеоритное (космическое) Железо, всегда никелистое (камасит и тэнит).

Содержание

• Химический состав
• Разновидности
• Кристаллографическая характеристика
• Физические свойства
• Химические свойства
• Диагностические признаки
• Происхождение
• Месторождения
• Практическое применение
• Физические методы исследования
• Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

А. Теллурическое железо (Fe, Ni) и (Ni, Fe)

Происхождение названия

 Теллурическое - земное, железо (лат. «теллус», «теллурис» — земля)

Синонимы минерала самородное железо: Сидероферрит (Бар, 1851) — псевдоморфоза по дереву.

Формула самородного железа

Fe

Химический состав

Теллурическое железо содержит примеси никеля (Ni) 0,6—2%, кобальта (Со) до 0,3%, меди (Cu) до 0,4%, платины (Pt) до 0,1%, углерода. Самородное железо обычно содержит Ni в твердом растворе. Состав отдельных разновидностей точно не установлен, анализы в основном старые, выполнены на материале, не проверенном минераграфическим и рентгеновским изучением. Установлены незначительные примеси Со, Cu, S, С, Mn, Р, Pt, As, Ge, частью связанные, по-видимому, с механической примесью когенита; отмечалось наличие включений газов (СО и СО₂).

Разновидности

Феррит— ferrite (Вернадский, 1912) — наиболее чистое, почти не содержащее Ni самородное железо.
Аваруит — awaruite (Скей, 1885) 6 —(Ni, Fe). Самородное никель- железо с большим содержанием Ni (Ni : Fe от 4 : 1 до 2 : 1). Твердость. 5. Плотность 8,1. По блеску и цвету напоминает поликсен. В отраженном свете чисто белый, или светло-кремовый, изотропный, с высокой отражательной способностью.
Назван по нахождению в заливе Аваруа (Новая Зеландия), где ассоциируется с золотом, платиной, касситеритом, хромитом, магнетитом. Встречается как вторичный минерал в перидотитах, подвергшихся серпентинизации, серпентинитах, трахитах, кварцевых порфирах.
Близкие к аваруиту или идентичные с ним разновидности никель-железа земного происхождения, находимые в россыпях и в серпентинизированных перидотитах, описаны под названиями: джозефинит — josephinite (Мелвил, 1892), суэзит—souesite (Хофман, 1905), октиббегит — octibbehite (Тэйлор, 1857), катаринит — саtarinite (Дамур, 1877). Под названием бобровкита (Высоцкий, 1913) описано никель- железо (железо-никель), встреттенное в виде тонкочешуйчатых зерен вместе с платиной (поликсеном) в россыпях М. Бобровки (Урал). Содержит Ni 71,93, Fe 28,07, а также Со, Mn.

Кристаллографическая характеристика

Сингония кубическая

Класс гексоктаэдрический

Кристаллическая структура самородного железа - Объёмно-центрированная кубическая решетка (для низкотемпературной модификации)

Форма нахождения в природе

Облик кристаллов. Известны лишь микроскопически мелкие кристаллы феррита.

 Двойники у самородного железа по (111) с плоскостью срастания (211), часто повторные.

Агрегаты.

Зерна, чешуйки, проволокообразные палочки, изогнутые ленты, вкрапленность в породах, иногда крупные сплошные выделения весом до нескольких тонн (феррит), часто в срастании с когенитом.

Физические свойства

Оптические

Цвет стально-серый до железно-черного (феррит), на полированной поверхности - белый, серебряно-белый до серовато-белого (никель-железо).

• Черта серо-черная.
• Блеск  металлический.
• Прозрачность Непрозрачно.

Механические

• Твердость 4 (железо) — 5 (никелистые разновидности). Более высокая твердость зависит часто от присутствия когенита. Ковкое.
• Плотность 7,3—7,8 (железо) (вычисл. 7,87); 7,8—8,2 (никель-железо).
• Спайность по (100) совершенная, отдельность и плоскости скольжения по (211). У Ni-содержащих разностей спайность выражена менее ясно или отсутствует.
• Излом  крючковатый.

Сильно магнитно.

Химические свойства

Слабо-никелистые разности железа легко растворяются в разбавленных НСl и HNO₃ с выделением водорода, медленно растворяются в царской водке. Никель-железо медленно растворяется в разбавленной НСl и только слегка подвергается действию царской водки; выделяет металлическую медь из растворов ее солей. В полированных шлифах железо травится разбавленными НСl, HNO₃, H₂SO₄, не травится концентрированной HNO₃.

Прочие свойства

Температура плавления чистого Fe 1535°, чистого Ni 1452,6°. При 768° α - железо перестает быть ферромагнитным (точка Кюри), сохраняя свою структуру. При 910° происходит полиморфное превращение, образуется парамагнитное γ - железо; при 1401° превращается в  σ - железо.

Искусственное получение

Самородное железо, бедное Ni, отвечает сплавам железа с Ni типа непрерывных твердых растворов со структурой α-железа; богатое Ni — никель-железо — соответствует сплавам Ni — Fe со структурой β-никеля и γ-железа.

Диагностические признаки

Может быть принято за самородное серебро или висмут, от которых отличается магнитностью. От магнитных разновидностей поликсена отличается отношением к кислотам. Характерна реакция с CuSO₄: порошок, промытый водой, подкисленный H₂SO₄, обрабатывают раствором CuSO₄, подкисленным H₂SO₄; при этом выпадает медь, которая может быть определена под микроскопом в отраженном свете; аваруит и октиббегит этой реакции сразу не дают. Раствор боровольфрамовокислого Cd (жидкость Клейна) в присутствии самородного железа становится темно-фиолетовым. От когенита самородное железо отличается меньшей твердостью и изотропностью. Кроме того, в отличие от когенита, железо (феррит) травится спиртовым раствором пикриновой кислоты (1 : 100); так же действует спиртовой раствор J₂. По результатам травления HNO₃, НСl не отличимо под микроскопом от оптически похожих самородных серебра, висмута и сурьмы, домейкита, витнеита, дискразита.

Спутники. магнетит, пирротин, диопсид, оливин, хромит, антрацит, бронзит, графит.

Происхождение и нахождение

В заметных скоплениях редкий минерал. Преимущественно встречается в виде мелких зерен в изверженных, метаморфических и осадочных породах.

Образуется:

1) при восстановлении Fe основных (базальтовых) лав в момент их излияния углеродистыми веществами (например, углистым веществом);

2) при кристаллизации или при серпентинизации ультраосновных пород (перидотитов и др.) в результате восстановления Fe магнетита, Fe-содержащих силикатов и сульфидов газовыми восстановителями (например, водородом);

3) в россыпях, осадочных породах и рудах в результате действия восстановителей, главным образом за счет Fe пирита, магнетита и лимонита.

В некоторых базальтовых породах, бедных оливином и магнетитом, довольно обычен феррит в виде мелкой рассеянной вкрапленности зерен и чешуек размером до 0,1 мм, очень редко — в крупных сплошных массах.

Возможно также образование его в болотных рудах в результате восстановительного действия органического вещества. Мелкие выделения неясного происхождения обнаруживаются в красном глубоководном иле.

Изменение минерала

Самародное железо легко окисляется и переходит в окислы железа.

Месторождения

Наиболее известное и крупное месторождение этого типа находится на о-ве Диско у берегов Западной Гренландии (Овифак, Асук и др.)  В базальтах наряду с вкрапленностью наблюдаются крупные скопления весом до 25 т. Базальты содержат шаровые включения графита с анортитом, гизингеритом, пирротином, шрейберзитом, шпинелью; железо — типа феррита, бедное никелем. В базальтах Бюля близ Касселя (Германия) самородное железо — феррит — наблюдается в виде ветвистых образований и желвакообразных скоплений (до 5 кг) в сопровождении магнетита, пирротина, диопсида, оливина. В виде вкраплений отдельных зерен и сплошных выделений установлено в габбро-долеритах р. Курейки в Красноярском крае в тесной ассоциации с ильменитом и пирротином (Fe 97,62%).

В Оверни (Франция) обнаружено в трахитах. Имеются также указания на нахождение самородного железа в кварцевых порфирах.
В некоторых ультраосновных породах (перидотитах) наблюдается мелкая вкрапленность феррита и никель-железа наряду с магнетитом, хромитом, пирротином, оливином; особенно обычны разновидности, богатые Ni, в перидотитах, подвергшихся серпентинизации, и в серпентинитах; характерны срастания с пирротином (Прионежский р-н в Карелии). Из кислых глубинных пород, в которых установлены выделения самородного железа, следует указать граниты Бен-Брека (Шотландия).

В платиноносных и золотоносных россыпях встречаются пластинки, зерна и чешуйки феррита, никель-железа типа аваруита или октиббегита (россыпи Средней Азии — р. Варзоб, р. Гава; Урала — р-ны Нижнего и Верхнего Тагила; Новой Зеландии — р. Горж, впадающая в залив Аваруа, и др.).

В некоторых сидеритовых скоплениях мелкие зерна самородного железа неправильной остроугольной формы иногда обнаруживаются внутри выделений бурого железняка, на зернах магнетита, на листочках хлоритов (р.Сысоль в респ. Коми ) п. В кварцевых песчаниках и кварцевых конгломератах самородное железо изредка встречается в виде изогнутых проволокообразных палочек длиной до 0,01 мм, витых лент длиной до 0,5 мм и шириной до 0,08 мм (р. Пижма в бассейне Печоры, Архангельская обл.). Известны также находки самородного железа в каменных углях и антрацитах, частью в тесном срастании с пирротином.

Практическое применение

Встречается в незначительных количествах, вследствие чего обычно практического интереса не представляет. В Индии из самородного железа изготовлен был в древности столб для поклонения. Металл благодаря отсутсвию примесей не ржавеет.

Физические методы исследования

Старинные методы. Под паяльной трубкой  железо-никелевые разности при красном калении только размягчаются, при белом калении спекаются; никель-железистые разности плавятся в тонких осколках и темнеют

Б. Железо метеоритное

Камасит — Kamacite — никелистое железо (6—9% Ni). Название камасит происходит от греческого —балка, стержень (Райхенбах,. 1861),

Синононим камасита —балочное железо, тэнита — ленточное железо (Райхенбах, 1861), эдмонсонит (Флайт, 1882). Плессит (Райхенбах, 1861)— тонкая смесь камасита и тэнита.

Тэнит — Taenite — никель-железо (до 48% Ni),  тэнит — от Taivia —лента, полоса (Райхенбах, 1861).

Для тэнита состава Fe₂Ni предложены названия: никдиферрит (Чирвинский,. 1928), ортотэнит (Бадхью, 1936) и чирвинит (Астапович, 1950); соединение такого- состава установлено в системе Fe-Ni.
Метакамаситом названы метастабильная a-модификация пикелистого железа, и, кроме того, зернистая разновидность плессита (Оуэн, 1940)  Метатэнит — тэнит с примесью камасита (Бадхыо, 1936).

Самородное железо космического происхождения слагает массу железных метеоритов. Встречается в большинстве каменных метеоритов. Образует:

Физические свойства

Химические свойства

Нахождение

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

 В полированных шлифах в отраженном свет железо - белое. Отражательная способность железа из метеорита Атакама (в %): для зеленых лучей — 64, для оранжевых — 59, для красных — 58. Изотропно. По Кундту (1888) показатель преломления железа для красного света 1,81, для белого 1,73, для голубого 1,52. ПоДруде (1890) n=2,36 (Na), коэффициент поглощения 1,36. Никель-железо под микроскопом изучено недостаточно.