Гематит
| Гематит | |
|---|---|
 Бразильский тригональный кристалл гематита | |
| Общий | |
| Категория | Оксидные минералы |
| Формула (повторяющаяся единица) | оксид железа(III) , Fe 2 O 3 , α-Fe 2 O 3 [1] |
| Имеет символ IMA. | Оба [2] |
| Классификация Штрунца | 4.CB.05 |
| Классификация Дана | 4.3.1.2 |
| Кристаллическая система | Треугольный |
| Кристаллический класс | Шестиугольный скаленоэдрический ( 3 м) Символ H–M : ( 3 2/м) |
| Космическая группа | Р 3 в (№ 167) |
| Элементарная ячейка | а = 5,038(2) Å; с = 13,772(12) Å; З = 6 |
| Идентификация | |
| Цвет | Металлически-серый, от матового до ярко-ржаво-красного в землистых, плотных, мелкозернистых материалах, от стально-серого до черного в кристаллах и массивно-кристаллических рудах. |
| Кристальная привычка | Кристаллы от таблитчатых до толстых; слюдяные или пластинчатые, обычно в розетках; иррадиирующие волокнистые, почковидные, ботриоидные или сталактитовые массы, столбчатые; землистый, зернистый, оолитовый |
| Твиннинг | Проникающая и пластинчатая |
| Расщепление | Нет, может отображаться разделение на {0001} и {10 1 1}. |
| Перелом | Неровный до субконхоидального |
| упорство | хрупкий |
| шкала Мооса твердость | 5.5–6.5 |
| Блеск | Металлик для блеска |
| Полоса | От ярко-красного до темно-красного |
| прозрачность | Непрозрачный |
| Удельный вес | 5.26 |
| Плотность | 5.3 |
| Оптические свойства | Одноосный (-) |
| Показатель преломления | n ω = 3,150–3,220, n ε = 2,870–2,940 |
| Двойное лучепреломление | δ = 0,280 |
| Плеохроизм | О: коричневато-красный; E: желтовато-красный |
| Ссылки | [3] [4] [5] |
Гематит ( / ˈ h iː m ə ˌ t aɪ t , ˈ h ɛ m ə -/ ), также пишется как гематит , представляет собой распространенное соединение оксида железа с формулой Fe 2 O 3 и широко встречается в горных породах и почвах . [6] Кристаллы гематита относятся к ромбоэдрической решетке , которая обозначается альфа-полиморфной модификацией железа .
22О
3 . Он имеет ту же кристаллическую структуру , что и корунд ( Al
22О
3 ) и ильменит ( FeTiO
3 ). При этом он образует полный твердый раствор при температуре выше 950 ° C (1740 ° F).
Гематит в природе встречается в цветах от черного до стального или серебристо-серого, от коричневого до красновато-коричневого или красного. Его добывают как важный рудный минерал железа . Он электропроводен. [7] Разновидности гематита включают почечную руду , мартит ( псевдоморфозы магнетита ) , железную розу и спекулярит ( зеркальный гематит). Хотя эти формы различаются, все они имеют ржаво-красную полосу. Гематит не только тверже чистого железа, но и гораздо более хрупок . Маггемит представляет собой полиморфную модификацию гематита (γ- Fe
22О
3 ) с той же химической формулой, но со структурой шпинели, как у магнетита.
Крупные месторождения гематита обнаружены в полосчатых железных образованиях . Серый гематит обычно встречается в местах со стоячей водой или минеральными горячими источниками , например, в Йеллоустонском национальном парке в Северной Америке . Минерал может осаждаться в воде и собираться слоями на дне озера, родника или другой стоячей воды. Гематит также может возникать при отсутствии воды, обычно в результате вулканической активности.
Кристаллы гематита размером с глину также могут встречаться в качестве вторичного минерала, образующегося в результате процессов выветривания в почве , а также вместе с другими оксидами или оксигидроксидами железа, такими как гетит , который отвечает за красный цвет многих тропических , древних или иным образом сильно выветриваемых почв.
Этимология и история
[ редактировать ]Название гематит происходит от греческого , обозначающего кровь слова αἷμα (haima) , из-за красного цвета, присутствующего в некоторых разновидностях гематита. [6] Цвет гематита часто используется в качестве пигмента . Английское название камня происходит от среднефранцузского слова hematite pierre , которое произошло от латинского lapis haematites c. XV век, который произошел от древнегреческого αἱματίτης λίθος ( haimatitēslithos , «кроваво-красный камень»).
Охра — это глина, окрашенная разным количеством гематита, от 20% до 70%. [8] Красная охра содержит негидратированный гематит, тогда как желтая охра содержит гидратированный гематит ( Fe 2 O 3 · H 2 O ). Основное применение охры — для тонирования стойким цветом. [8]
Написание красного мела этим минералом было одним из самых ранних в истории человечества. Порошкообразный минерал был впервые использован 164 000 лет назад человеком из Пиннакл-Пойнт , возможно, в социальных целях. [9] Остатки гематита также обнаружены в могилах 80 000-летней давности. Около Рыдно в Польше и Ловаса в Венгрии были обнаружены шахты красного мела, датируемые 5000 г. до н. э., принадлежащие культуре линейной керамики на Верхнем Рейне . [10]
обнаружены богатые месторождения гематита, На острове Эльба добываемые еще со времен этрусков . [11]
Подземная добыча гематита отнесена к категории канцерогенной опасности для человека. [12]
Магнетизм
[ редактировать ]Гематит проявляет лишь очень слабую реакцию на магнитное поле . В отличие от магнетита, он не притягивается к обычному магниту заметно. Гематит представляет собой антиферромагнитный материал ниже перехода Морена при 250 К (-23 ° C) и скошенный антиферромагнетик или слабоферромагнитный материал выше перехода Морена и ниже температуры Нееля при 948 К (675 ° C), выше которого он является парамагнитным .
Магнитная структура α-гематита была предметом серьезных дискуссий и дебатов в 1950-х годах, поскольку он оказался ферромагнитным с температурой Кюри примерно 1000 К (730 ° C), но с чрезвычайно малым магнитным моментом (0,002 магнетона Бора). ). Дополнительным сюрпризом стал переход при понижении температуры около 260 К (-13 ° C) в фазу без суммарного магнитного момента. Было показано, что система по существу антиферромагнитна , но низкая симметрия катионных позиций позволяет спин-орбитальному взаимодействию вызывать скос моментов, когда они находятся в плоскости, перпендикулярной оси c . Исчезновение момента с понижением температуры при 260 К (-13 °С) вызвано изменением анизотропии , приводящим к выравниванию моментов вдоль оси с . В этой конфигурации наклон вращения не снижает энергию. [13] [14] Магнитные свойства объемного гематита отличаются от его наноразмерных аналогов. Например, температура перехода Морена гематита снижается с уменьшением размера частиц. Подавление этого перехода наблюдалось в наночастицах гематита и объясняется наличием примесей, молекул воды и дефектов кристаллической решетки. Гематит является частью сложной оксигидроксидной системы твердого раствора с различным содержанием H2O (воды), гидроксильных групп и вакансионных замещений, которые влияют на магнитные и кристаллохимические свойства минерала. [15] Два других конечных члена называются протогематитом и гидрогематитом.
Повышенная магнитная коэрцитивность гематита была достигнута путем сухого нагревания двухлинейного предшественника ферригидрита, полученного из раствора. Гематит демонстрировал зависящие от температуры значения магнитной коэрцитивности в диапазоне от 289 до 5027 эрстед (23–400 кА/м). Происхождение этих высоких значений коэрцитивной силы было интерпретировано как следствие структуры субчастиц, вызванной различной скоростью роста размеров частиц и кристаллитов при повышении температуры отжига. Эти различия в скорости роста приводят к постепенному развитию структуры субчастиц на наноуровне (сверхмалом). При более низких температурах (350–600 °С) кристаллизуются одиночные частицы. Однако при более высоких температурах (600–1000 °C) благоприятствует рост кристаллических агрегатов и субчастичной структуры. [16]
Микроскопическая картина гематита
Кристаллическая структура гематита
Хвосты шахт
[ редактировать ]Гематит присутствует в отходах железных рудников . Недавно разработанный процесс, намагничивание , использует магниты для сбора отходов гематита из старых хвостов шахт в в Миннесоте обширном железорудном районе Месаби-Рейндж . [17] Красный фалу — пигмент, используемый в традиционных шведских красках для дома. Первоначально его изготавливали из хвостов шахты Фалу. [18]
Марс
[ редактировать ]
Спектральная подпись гематита была замечена на планете Марс с помощью инфракрасного спектрометра НАСА . Mars Global Surveyor [19] и Марсова одиссея 2001 года. [20] космический корабль на орбите Марса. Минерал был замечен в изобилии на двух участках. [21] на планете — участок Терра Меридиани , недалеко от марсианского экватора на 0° долготы, и участок Арам Хаос возле Долины Маринерис . [22] На нескольких других объектах также был обнаружен гематит, например, Aureum Chaos . [23] Поскольку земной гематит обычно представляет собой минерал, образующийся в водной среде или в результате водных изменений, это открытие было настолько интересным с научной точки зрения, что второй из двух марсоходов для исследования Марса был отправлен в место в регионе Терра Меридиани, получившее название Meridiani Planum . Исследования на месте, проведенные Оппортьюнити марсоходом « », показали значительное количество гематита, большая часть которого имеет форму маленьких « марсианских сфер », которые научная группа неофициально назвала «черникой». Анализ показывает, что эти шарики , по-видимому, представляют собой конкременты, образовавшиеся из водного раствора.«Знание того, как образовался гематит на Марсе, поможет нам охарактеризовать окружающую среду в прошлом и определить, была ли эта среда благоприятной для жизни». [24]
Ювелирные изделия
[ редактировать ]Гематиту часто придают форму бус, камушков и других компонентов ювелирных изделий. [25] Гематит когда-то использовался в качестве траурных украшений. [26] [7] Некоторые виды глины, богатой гематитом или оксидом железа, особенно армянский ствол , использовались для позолоты . Гематит также используется в искусстве, например, при создании драгоценных камней с глубокой гравировкой . Гематин — синтетический материал, продаваемый как магнитный гематит . [27]
Пигмент
[ редактировать ]Гематит использовался для изготовления пигментов с самого начала появления человеческих графических изображений, например, на облицовке пещер и других поверхностях, и на протяжении эпох постоянно использовался в произведениях искусства. Он составляет основу красных, фиолетовых и коричневых железооксидных пигментов, а также является важным компонентом пигментов охры, сиены и умбры. [28]
Промышленные цели
[ редактировать ]Как упоминалось ранее, гематит является важным минералом для железной руды. Физические свойства гематита также используются в области медицинского оборудования, судоходства и добычи угля. Имея высокую плотность и способный служить эффективным барьером для прохождения рентгеновских лучей, его часто включают в радиационную защиту. Как и другие железные руды, из-за своей плотности и экономичности он часто входит в состав судовых балластов. В угольной промышленности его можно превратить в раствор с высокой удельной плотностью, чтобы отделить угольный порошок от примесей. [29]
Галерея
[ редактировать ]
Редкая псевдоскаленоэдрическая форма кристаллов.
Три кристалла драгоценного кварца, содержащие яркие ржаво-красные включения гематита, на поле блестящего черного зеркального гематита.
Золотистые игольчатые кристаллы рутила, исходящие из центра пластинчатого гематита.
Кипро-минойская цилиндрическая печать (слева) из гематита с соответствующим отпечатком (справа), примерно 14 век до н.э.
Скопление параллельных, зеркально ярких, серо-металлических гематитовых пластинок из Бразилии.
Резьба по гематиту, длина 5 см (2 дюйма).
Гематит, вариант спекулярита (зеркальный гематит), с мелкозернистым изображением.
Красный гематит из полосчатого железа в Вайоминге.
Гематит на Марсе, обнаруженный в форме «черники» (названный НАСА)
Табличка со штрихами , показывающая, что гематит постоянно оставляет ржаво-красную полосу.
Гематит в сканирующем электронном микроскопе, увеличение 100x.
Слюдистый гематит, взятый с разрешения Kelly's Mine, Ластли, Девон, Великобритания.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Данлоп, Дэвид Дж.; Оздемир, Озден (2001). Каменный магнетизм: основы и границы . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 73. ИСБН 9780521000987 .
- ^ Уорр, Л.Н. (2021). «Утвержденные IMA–CNMNC символы минералов» . Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021MinM...85..291W . дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 .
- ^ Энтони, Джон В.; Бидо, Ричард А.; Блад, Кеннет В.; Николс, Монте К. (ред.). «Гематит» (PDF) . Справочник по минералогии . Том. III. Шантильи, Вирджиния: Минералогическое общество Америки. ISBN 978-0962209727 . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ «Данные о гематите» . WebMineral.com . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ «Гематит» . Mindat.org . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Корнелл, Рошель М.; Швертманн, Удо (1996). Оксиды железа . Германия: Вили. стр. 4, 26. ISBN. 9783527285761 . LCCN 96031931 . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Моргентау, Менго Л. (1923). Минералы и ограненные камни: Справочник, содержащий сокращенные и упрощенные описания из стандартных работ по минералогии . п. 23.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Охра» . Промышленные минералы . Минеральная зона. Архивировано из оригинала 15 ноября 2016 года . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ «Исследователи находят самые ранние доказательства поведения современного человека в Южной Африке» (пресс-релиз). АААС. Новости АГУ. 17 октября 2007 года . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ Левато, Кьяра (2016). «Доисторические рудники оксидов железа: европейский обзор» (PDF) . Антропология и преисторика . 126 :9–23 . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ Бенвенути, М.; Дини, А.; Д'Орацио, М.; Кьярантини, Л.; Корретти, А.; Костальола, П. (июнь 2013 г.). «Вольфрамовая и оловянная подпись железных руд острова Эльба (Италия)». Археометрия . 55 (3): 479–506. дои : 10.1111/j.1475-4754.2012.00692.x .
- ^ https://monographs.iarc.who.int/list-of-classifications
- ^ Дзялошинский, И.Э. (1958). «Термодинамическая теория «слабого» ферромагнетизма антиферромагнетиков». Журнал физики и химии твердого тела . 4 (4): 241–255. Бибкод : 1958JPCS....4..241D . дои : 10.1016/0022-3697(58)90076-3 .
- ^ Мория, Туру (1960). «Анизотропное суперобменное взаимодействие и слабый ферромагнетизм» (PDF) . Физический обзор . 120 (1): 91. Бибкод : 1960ФРв..120...91М . дои : 10.1103/PhysRev.120.91 .
- ^ Данг, М.-З.; Ранкур, генеральный директор; Дутризак, JE; Ламарш, Г.; Провенчер, Р. (1998). «Взаимодействие условий поверхности, размера частиц, стехиометрии, параметров ячеек и магнетизма в синтетических гематитоподобных материалах». Сверхтонкие взаимодействия . 117 (1–4): 271–319. Бибкод : 1998HyInt.117..271D . дои : 10.1023/А:1012655729417 . S2CID 94031594 .
- ^ Валлина, Б.; Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Браун, АП; Беннинг, LG; Бланко, JA (2014). «Повышенная магнитная коэрцитивность α-Fe 2 O 3, полученная из карбонатированного 2-линейного ферригидрита» (PDF) . Журнал исследований наночастиц . 16 (3): 2322. Бибкод : 2014JNR....16.2322V . дои : 10.1007/s11051-014-2322-5 . S2CID 137598876 .
- ^ Редман, Крис (20 мая 2009 г.). «Очередная железная лихорадка» . Money.cnn.com . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ «Самый проверенный цвет дома Sveriges» [самый проверенный цвет дома в Швеции] (на шведском языке) . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ «Mars Global Surveyor TES Инструментальная идентификация гематита на Марсе» (пресс-релиз). НАСА. 27 мая 1998 года. Архивировано из оригинала 13 мая 2007 года . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ Кристенсен, Филип Р. (2004). «Формирование гематитсодержащей толщи в Meridiani Planum: свидетельства отложения в стоячей воде» . Журнал геофизических исследований . 109 (Е8): E08003. Бибкод : 2004JGRE..109.8003C . дои : 10.1029/2003JE002233 .
- ^ Бэндфилд, Джошуа Л. (2002). «Глобальное распределение минералов на Марсе» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 107 (Е6): E65042. Бибкод : 2002JGRE..107.5042B . дои : 10.1029/2001JE001510 .
- ^ Глотч, Тимоти Д.; Кристенсен, Филип Р. (2005). «Геологическое и минералогическое картирование Арама Хаоса: свидетельства богатой водой истории» . Журнал геофизических исследований . 110 (Е9): E09006. Бибкод : 2005JGRE..110.9006G . дои : 10.1029/2004JE002389 . S2CID 53489327 .
- ^ Глотч, Тимоти Д.; Роджерс, Д.; Кристенсен, Филип Р. (2005). «Недавно обнаруженный богатый гематитом юнит в Aureum Chaos: сравнение гематита и связанных с ним юнитов с таковыми в Aram Chaos» (PDF) . Лунная и планетарная наука . 36 : 2159. Бибкод : 2005LPI....36.2159G .
- ^ «Гематит» . НАСА . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ «Гематит: первичная железная руда и пигментный минерал» . geology.com . Проверено 7 сентября 2023 г.
- ^ Олдершоу, Кэлли (2003). Путеводитель Firefly по драгоценным камням . Книги Светлячка. п. 53. ИСБН 978-1-55297-814-6 .
- ^ «Магнитный гематит» . Mindat.org . Проверено 22 декабря 2018 г.
- ^ «Цвета земли: Фиолетовый гематит» . www.naturalpigments.com . Проверено 7 сентября 2023 г.
- ^ «Гематит: первичная железная руда и пигментный минерал» . geology.com . Проверено 7 сентября 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Рудные минералы , минеральные смеси и рудные месторождения. |
|---|
