8.6.2 Магнітні властивості мінералів

Ковалентні з’єднання мають, як правило, дуже слабкий магнетизм; магнітна сприйнятливість іонних з’єднань змінюється в більш широких межах і пов’язана з валентністю іонів. Так, Cu, C, Ti, які мають вільні електрони на внутрішніх орбітах, характеризуються підвищеним магнітним моментом і є парамагнітними. А в з’єднаннях іони Cu²⁺, C⁶⁺_2-, Ti⁴⁺ не мають незв’язаних електронів, тож їх мінерали діамагнітні. Діа- або парамагнітними є беззалізисті породоутворючі та акцесорні мінерали, магнітна сприйнятливість яких визначається хімічним складом і структурою решітки, а також типом кристалічного зв’язку. Реальні значення магнітної сприйнятливості мінералів можуть дещо відрізнятися від наведених в таблиці 8.23 за рахунок впливу ізоморфних домішок, дефектів і мінеральних домішок. Так, для графіту зафіксовані значення æ в діапазоні ‑80+200010^-6 од. СІ, а для кальциту - ‑7,5+3910^-6 од. СІ.

Парамагнітна сприйнятливість залізовмісних силікатів і алюмосилікатів (табл.8.24) пов’язана, головним чином, із присутністю дво- і тривалентного заліза, яке, входячи до складу слюд, олівінів, піроксенів, гранатів і інших залізистих мінералів, створює підвищену парамагнітну сприйнятливість. Дослідження показали, що для більшості таких мінералів характерна змішана природа магнетизму - параферомагнітна. ЇЇ існування зумовлене парамагнітною сприйнятливістю чистих мінералів, яка не перевищує 20010^-6 од. СІ, і феромагнітною сприйнятливістю сингенетичних та епігенетичних мікродомішок феромагнетиків. Вміст феромагнетиків (С_фм) у парамагнітних мінералах складає 10^-5-10^-1% і корелюється з залишковою намагніченістю насичення J_rs. Темноколірні мінерали метаморфічних порід у залежності від складу вихідних утворень містять різну (аж до повної відсутності) кількість мікродомішок феромагнетиків. Вищий вміст мікродомішок феромагнетиків, переважно магнетиту, є типовим для магнезіальних відмін фемічних мінералів.

Найбільш поширеними мінералами для яких є характерним прояв явища феромагнетизму є окисні з’єднання заліза - магнетит, титаномагнетит, маггеміт, гематит; із сульфідних мінералів - піротин. Слабкі магнітні властивості має ще ряд мінералів заліза (табл. 8.25). Найбільш стабільними параметрами для хімічно чистих феромагнітних мінералів є намагніченість насичення J_S і температура Кюрі. Інші параметри - магнітна сприйнятливість, залишкова намагніченість насичення, коерцитивна сила змінюються в значних межах і залежать від хімічного складу, механічних домішок, дефектів кристалічної гратки, а також від розмірів кристалів. Зокрема, із зростанням розмірів кристалів магнетиту зростає магнітна сприйнятливість, а коерцитивна сила, залишкова намагніченість насичення та залишкова термонамагніченість – зменшуються.

За магнітними властивостями можна виділити чотири основні групи мінералів:

1. беззалізисті діамагнітні і парамагнітні мінерали, що характеризуються дуже низькою магнітною сприйнятливістю, які складають основний об’єм магматичних і метаморфічних порід кислого складу;

2. залізисті феропарамагнітні мінерали, які складають значну частину об’єму порід основного й ультраосновного складу;

3. феромагнітні мінерали з дуже високою сприйнятливістю і часто дуже високою залишковою намагніченістю - характерні акцесорні мінерали магматичних і метаморфічних порід;

4. феромагнітні мінерали з низькими магнітними властивостями – специфічні, головним чином, для осадових і метасоматично-змінених порід.

Таблиця 8.23 - Магнітна сприйнятливість (в 10^-6 од. СІ) деяких діамагнітних і парамагнітних беззалізистих мінералів (дані наведено для хімічно чистих речовин за [9])

Мінерал	æ		Мінерал	æ		Мінерал	æ
Альмандин	0		Кальцит	-7,5		Плагіоклази	0
Амфібол	150		Каситерит	-20		Сфалерит	-31
Ангідрит	-14		Кварц	-13		Сфен	25
Апатит	-100		Корунд	18		Топаз	19
Галеніт	-33		Лід	-9		Турмалін	100
Галіт	-10		Магнезит	-15		Флюорит	-12
Гіпс	-13		Мікроклін	-6		Форстерит	-12
Графіт	-80		Мусковіт	40		Целестин	-16
Гросуляр	30		Піроксен	200		Циркон	-12
Епідот	20		Піроп	10		Шпінель	28

Таблиця 8.24 - Магнітна сприйнятливість (в 10^-3 од. СІ) деяких залізовмісних мінералів (за [9])

Мінерал	æ		Мінерал	æ
Біотит	1,52,9		Гематит	0,540
Монтморилоніт	0,330,35		Гетит	1,112
Ортопіроксен	1,51,8		Ільменіт	2,23800
Сидерит	1,3111		Лепідокрокіт	1,72,9
Фаяліт	5,520		Лимоніт	2,83,1
Арсенопірит	3,0		Магеміт	20002500
Пірит	0,0355,0		Магнетит	10005700
Піротин	0,41400		Титаномагнетит	1302800
Халькопірит	0,020,4		Ульвошпінель	4,8

Таблиця 8.25 – Характерні значення магнітних властивостей деяких поширених феромагнітних мінералів (за [9])

Мінерал	Формула	IS, Ам2кг-1	Tc, C
Гематит	-Fe2O3	0,4	675
Ільменіт	FeTiO3		-233
Магеміт	-Fe2O3	7080	~600
Магнезіоферит	MgFe2O4	21	440
Магнетит	Fe3O4	9092	~575585
Титаномагнетит	Fe3-xTixO4 (x=01)	092	-153575
Піротин	FeS1+x	20	320
Гетит	-FeOOH	<1	~120