3) Магнитные минералы в горных породах
Магнитные характеристики как изверженных, так и осадочных и метаморфических пород обусловлены главным образом акцессорными минералами, обладающими ферромагнитными свойствами. К таким минералам относятся магнетит и его разновидности (титаномагнетит, магномагнетит и пр.), маггемит, гематит и гемоильменит. В осадочных породах немаловажную роль играют также гидроокислы железа (гётит, гидрогётит, гидрогематит, лепидокрокит), а в изверженных и метаморфических пирротин.
Наиболее распространенные железоокисные минералы rорных пород принадлежат к трем основным сериям твердых растворов тройной системы FеО-Fе2О3- TiО2 : титаномагиетитовой серии Fе3О4-Fе2ТiО4 (шпинелевая структура кристаллической решетки), ильменит-гематитовой Fе203-FеТiОз (ромбоэдрическая структура) и псевдобрукитовой Fe2TiО5-FeTi2О5 (орторомбическая структура). Члены первых двух серий при нормальной температуре являются ферромагнетиками и слабыми ферромагнетиками.
В магматических и большинстве метаморфических пород главными носителями ферромагнетизма являются минералы титаномагиетитовой серии. Кристаллическая решетка всех этих минералов имеет кубическую структуру обращенной шпинели. Магнетит Fе3О4 крайний член серии, типичный ферримагнетик с намагниченностью насыщения Js = 480*10^З А/м, точкой Кюри Tc =580C.
Титаномагнетиты - промежуточные члены серии, твердые растворы магнетита и ульвошпинели Fe2TiО4. С увеличением содержания ульвошпинели, которая при комнатной температуре парамагнитна, (Тс =- 153 С), значения Js и Тс уменьшаются. Однако у природных титаномагнетитов намагниченность Js очень редко бывает менее 80*10^3 А/м, а температура Тc ниже 100 C, так как титаномагнетиты промежуточного состава при нормальной температуре метастабильны и распадаются на две фазы, ,одна из которых (с более низким содержанием ульвошпинели) сохраняет высокую намагниченность.
Природные титаномагнетиты часто имеют состав, отклоняющийся от линии FеЗО4-Fе2TiО4 в сторону большего содержания кислорода, образуя катионодефицитные разности. Если это отклонение велико, то такие минералы называются титаномаггемитами.
Приближаясь по составу к ильменит-гематитовой серии, титаномаггемиты, являясь продуктами низкотемпературного окисления минералов титаномагнетитовой серии, сохраняют структуру обращенной шпинели. Маггемит y-Fе2О3 крайний член ряда титаномаггемитов, также имеет структуру обращенной шпинели. Js = 415*10^3 А/м, Тc = 740 C. При высоких температурах маггемит переходит в гематит.
Ильменит-rематитовая серия твердых растворов представлена минералами со значительно меньшими значениями Js по cpaвнeнию с минералами титаномагнетитовой серии. Гематит α-Fе203 - крайний член серии, является слабым ферромагнетиком с Js = 2,6*10^3 А/м и Тc = 678 C. Другой крайний член серии - ильменит FеТiО3 при нормальной температуре является парамагнетиком. Промежуточные члены серии гемоильмениты (твердые растворы гематита и ильменита) при содержании ильменита от 0 до 45 мол. % являются, как и гематит, слабыми ферромагнетиками, а от 45 до 80 мол. % ферримагнетиками (при нормальной температуре) с максимальным значением Js =140*10^3 А/м при Тc = 250 C.
Среди гидроокислов железа в природе встречаются в основном гетит, гидрогетит, лепидокрокит, гидролепидокрокит и гидрогематит. Гётит α-FeOOH и гидрогётит - антиферромагнетики, однако они часто обладают остаточной намагниченностью благодаря внутренним дефектам; для гидрогётита Js = 0.5*10^3 А/м, для гётита 4.8*10^3 А/м. Гидрогётит нестабилен и при нагревании до 200 С переходит в гётит, а при дальнейшем нагреве в гeматит. Лепидокрокит y-FeOOH - антиферромагнетик, обнаруживает очень слабые ферромагнитные свойства; при 150-275 С переходит в маггемит, а затем в гематит. Гидрогематит α-Fе2О3 Х nH2O – также антиферромагнетик с очень слабым ферромагнетизмом.
