Магнитные свойства минералов

В соответствии с поведением в магнитном поле все кристаллические вещества делятся на следующие категории: диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные, антиферромагнитные и ферримагнитные. Магнитные свойства связаны с электронами атомов или ионов. Исходя из принципов квантовой механики, движение электрона по замкнутой орбите вокруг ядра можно рассматривать как круговой электрический ток, который возбуждает вокруг себя магнитное поле. Когда кристалл помещается во внешнем неоднородном магнитном поле, в нем возникают силы, стремящиеся выровнять магнитные поля атомов, что приводит к возникновению магнитного момента у кристалла в целом. Магнитная восприимчивость кристалла равна отношению возникшего магнитного момента к напряженности внешнего поля.

Диамагнитные вещества имеют небольшую отрицательную магнитную восприимчивость и слабо отталкиваются внешним магнитным полем.

Парамагнитные вещества характеризуются небольшим положительным значением и слабо притягиваются полем. Парамагнитными являются металлы, имеющие облака свободных электронов. Например, целый ряд минералов, содержащих в своем составе железо, являются парамагнитными. Вместе с тем существуют парамагнитные минералы, не содержащие железа. Такое свойство в отечественной литературе, в общем, называется электромагнитностью.

При отсутствии внешнего поля ни диамагнитные, ни парамагнитные вещества не сохраняют никакого магнитного момента.

Различия в магнитной восприимчивости весьма ощутимы, а потому они оказываются очень полезными для выделения чистых фракций минералов из раздробленных пород и руд с помощью электромагнитного поля большой напряженности. В этом процессе как в лабораторных условиях, так и на производстве (на горно-обогатительных комбинатах) используют магнитные сепараторы.

Ферромагнитные вещества обладают магнитным моментом даже при отсутствии окружающего поля. Ферромагнитные вещества сильно притягиваются даже слабым магнитным полем и остаются постоянно намагниченными. Они сохраняют это свойство и при отсутствии внешнего магнитного поля. При нормальной температуре вследствие взаимодействия с соседними атомами магнитные моменты электронов в этих веществах постоянно располагаются вдоль одной прямой. Это легко представить, если условно разделить кристалл на области – домены, в пределах которых магнитные моменты ориентированы в одном направлении. В ненамагниченном состоянии домены не параллельны и их ориентация носит беспорядочный характер. Считается, что когда накладывается внешнее магнитное поле, то либо домены, в которых моменты почти параллельны ему, разрастаются за счет других, либо их ориентация изменяется таким образом, что все они становятся параллельны полю. Если домены оказались сориентированы указанным образом и при этом были созданы условия для свободного вращения материала, то он установится параллельно магнитному полю Земли.

Таким образом, по магнитным свойствам выделяют магнитные, слабомагнитные и немагнитные минералы.

Магнитные притягиваются простым (постоянным) магнитом. Таких минералов лишь несколько – это магнетит, самородное железо, тетраферриплатина, изоферриплатина, железистая платина, некоторые разновидности ильменита и пирротин. Причем, кристаллы и зерна магнетита, пирротина, изредка ильменита сами по себе являются природными постоянными магнитами, имеющими силу и полярность настоящего магнита.

К слабомагнитным относятся те минералы, которые не притягиваются простым магнитом, но приобретают магнитные свойства под действием электрического (электромагнитного) поля. Таковы, например, разные железистые силикаты, оксиды и гидроксиды железа, ильменит FeTiO₃, железистый сфалерит. Немагнитными являются большинство минералов. Это разделение на три группы в практической работе геолога используется при обогащении и переработке руд.

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

Под действием магнитного поля Земли в течение геологического времени в зернистых агрегатах магнитных минералов и рудах иногда происходит параллельная или близкая к этому ориентация векторов намагниченности отдельных зерен. Кусок руды превращается в природный магнит – он имеет свои полюса. Поэтому, если образец магнитной руды не притягивает магнит, то он может быть полярно намагничен и может отталкивать его.