Магнитные свойства

По магнитным свойствам выделяют магнитные, слабомагнитные и немагнитные ми­нералы. Первые притягиваются простым (постоянным) магнитом. Таких минералов лишь несколько—это магнетит, пирротин, самородное железо, тетраферроплатина, изоферроплатина, железистая платина, некоторые разновидности ильменита, причем кристаллы и зерна магнетита, пирротина, изредка ильменита сами по себе являются природными постоянными магнитами, имеющими силу и полярность настоящего маг­нита. К слабомагнитным относят те минералы, которые не притягиваются простым магнитом, но приобретают магнитные свойства под действием электрического поля.

Таблица 13. Удельная магнитная восприимчивость ряда минералов

Таковы, например, разные железистые силикаты, оксиды и гидроксиды железа, иль­менит ГеТЮз, железистый сфалерит. Немагнитно большинство минералов—полевые шпаты, кальцит, кварц и др. Это разделение минералов на три группы удобно в прак­тической работе геолога и используется при обогащении и переработке руд, но, ко­нечно, оно условно, так как определяется уровнем техники изготовления магнитов и электромагнитов и произвольно принимаемыми граничными значениями магнитных свойств минералов в этих трех группах.

Рис. 72. Схемы магнитных структур минералов.

Степень магнитности минерала характеризуется удельной магнитной восприимчи­востью х (каппа), ее размерность см3/г

Значение х у слабомагнитных минералов определяется взвешиванием в магнитном поле проб известного объема и массы. Для сильномагнитных минералов используют другие, более сложные методы. Значения х минералов находятся в пределах приблизительно от +1,0 до —0,5 • 10~6 см3/г (табл. 13). За граничные для группы слабомагнитных минералов приняты значения х около +га • 10~4 и п • 10_6 см3/г. Значения во второй группе достаточно условны: степень намагничивания, а значит, и х зависит от напряженности электромагнитного поля во время опыта. Так, >с для альмандина в магнитном поле 80 -103 А/м составляет (80 - 150) • Ю-6 см3/г, а в 80 • 104 А/м —(54 - 137) ■ 10"6 см3/г. В третьей группе х минералов в основном отрицательные, минерал слабо, но выталкивается магнитным полем. Некоторые минералы (ильменит, сфалерит и др.) имеют при разном составе сильно различающиеся магнитные свойства и могут попадать в разные группы.

Физическая сущность явления намагничивания заключается в том, что каждый электрон, вращаясь вокруг своей оси, создает вокруг себя магнитное поле силой в один магнетон Бора (0,927-Ю-23 Дж/Тл). В зависимости от магнитной структуры (она определяется числом неспаренных электронов, их взаимной ориентацией в простран­стве и общим характером химической связи) магнитные моменты атомов либо взаимно компенсируются (полностью или частично), либо этого не происходит

Все вещества, в том числе и минералы, делят на этой основе на диамагнитные, парамагнитные, фер­ромагнитные, антиферромагнитные (скомпенсированные и нескомпенсированные, их еще называют ферримагнитными). Степень намагничивания минералов возрастает от начала этого ряда к концу. Магнетит и пирротин являются нескомпенсированными антиферромагнитными (иначе—ферримагнитными) веществами. Схемы магнитных структур некоторых веществ даны на рис. 72. На них элементарные магнитные за­ряды обозначены кружками с векторами. В магнетите за счет трехвалентного железа всегда имеются неспаренные электроны, их векторы ориентированы на схемах в одну сторону, отражая тот факт, что эти элементарные магнитные заряды нескомпенсиро-ваны; минерал является природным магнитом. Сравним его схему со схемой струк­туры гематита: в ней все векторы взаимно скомпенсированы, гематит не обнаруживает полярной намагниченности и, следовательно, не может быть природным магнитом.

Рис. 73. Доменное магнитное строение зерна пирротина, о — в нормальном состоянии, 6—в магнитном поле.

Как любое свойство, магнетизм проявляется в пределах одного кристалла анизо­тропно. У магнетита, например, наибольшее намагничивание наблюдается вдоль осей симметрии 1/з, их называют магнитными осями кристалла. В одном кристалле маг­нетита четыре магнитные оси — по числу Ьз. У пирротина одна магнитная ось, пер­пендикулярная таблитчатости его кристаллов.

Кристаллы магнетита и пирротина имеют доменное строение: в пределах одного кристалла или зерна выделяется множество мельчайших (от 10~5 до 10~3 см) участков с разными векторами намагниченности (рис. 73). Векторы соседних доменов обычно компенсируют друг друга, но эта структура может быть и нескомпенсированной.

Магнитные свойства магнетита, как и других изоморфных смесей, зависят от хими­ческого состава минерала: чем больше в магнетите алюминия и титана, занимающих структурные позиции тем слабее его магнитные свойства.

И, наконец, еще одна особенность магнитных свойств проявляется в зернистых агре­гатах и рудах. Под действием магнитного поля Земли в течение геологического вре­мени в них иногда происходит параллельная или близкая к этому ориентация векторов намагниченности отдельных зерен. Кусок руды превращается в природный магнит, он имеет свои полюса. Если при определении физических свойств руды, как вы думаете, магнетитовой, она не притягивает минерал, будьте внимательны: образец магнетито-вой руды может притягивать один конец магнитной стрелки, а другой — отталкивать.