Гематит ( / ˈh iːmə ˌt aɪt , ˈh ɛmə - / ), также пишется как haematite , является распространенным соединением оксида железа с формулой Fe 2 O 3 и широко встречается в горных породах и почвах . [6] Кристаллы гематита принадлежат к ромбоэдрической решеточной системе , которая обозначается как альфа - полиморфная модификация Fe
2О
3. Имеет такую же кристаллическую структуру , как корунд ( Al
2О
3) и ильменит ( FeTiO
3). При этом он образует полный твердый раствор при температурах выше 950 °C (1740 °F).
Гематит встречается в природе в черном, стальном или серебристо-сером, коричневом, красновато-коричневом или красном цветах. Он добывается как важный рудный минерал железа . Он электропроводен. [7] Разновидности гематита включают почечную руду , мартит ( псевдоморфозы после 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 хрупкий . Маггемит является полиморфом гематита (γ- Fe
2О
3) с той же химической формулой, но со структурой шпинели, подобной магнетиту.
Большие залежи гематита обнаружены в полосчатых железистых формациях . Серый гематит обычно встречается в местах, где есть стоячая вода или минеральные горячие источники , например, в Йеллоустонском национальном парке в Северной Америке . Минерал может осаждаться в воде и собираться слоями на дне озера, источника или другого стоячего водоема. Гематит также может встречаться 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 железа или оксигидроксидами , такими как гетит , который отвечает за красный цвет многих тропических , древних или иным образом сильно выветренных почв.
Название гематит происходит от греческого слова, означающего кровь, αἷμα (haima) , из-за красной окраски, обнаруженной в некоторых разновидностях гематита. [6] Цвет гематита часто используется в качестве пигмента . Английское название камня происходит от среднефранцузского hématite pierre , которое было взято из латинского lapis haematites около 15 века, которое произошло от древнегреческого αἱματίτης λίθος ( haimatitēs lithos , «кроваво-красный камень»).
Охра — это глина, окрашенная различным количеством гематита, варьирующимся 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 — тонирование постоянным цветом. [8]
Использование красного мела этого минерала оксида железа для письма, рисования и декорирования является одним из самых ранних в истории человечества. На сегодняшний день самое раннее известное использование человеком порошкообразного минерала произошло 164 000 лет назад жителями пещер Пиннакл-Пойнт на территории современной Южной Африки, возможно, в социальных целях. [9] Остатки гематита также находят в могилах возрастом 80 000 лет. Возле Рыдно в Польше и Ловаша в Венгрии были найдены красные меловые рудники, датируемые 5000 г. до н. э., принадлежащие культуре линейной керамики в Верхнем Рейне . [10]
На острове Эльба обнаружены богатые залежи гематита, добыча которого велась еще со времен этрусков . [ 11]
Подземная добыча гематита классифицируется как канцерогенная опасность для человека. [12]
Гематит показывает только очень слабую реакцию на магнитное поле . В отличие от магнетита, он не притягивается заметно к обычному магниту. Гематит является антиферромагнитным материалом ниже перехода Морина при 250 К (−23 °C) и скошенным антиферромагнетиком или слабоферромагнетиком выше перехода Морина и ниже его температуры Нееля при 948 К (675 °C), выше которой он парамагнитен .
Магнитная структура α-гематита была предметом значительных дискуссий и споров в 1950-х годах, поскольку она, по-видимому, была ферромагнитной с температурой Кюри около 1000 К (730 °C), но с чрезвычайно малым магнитным моментом (0,002 магнетона Бора ). Дополнением к сюрпризу был переход при понижении температуры около 260 К (−13 °C) в фазу без чистого магнитного момента. Было показано, что система по существу антиферромагнитна, но что низкая симметрия катионных участков позволяет спин-орбитальной связи вызывать скос моментов , когда они находятся в плоскости, перпендикулярной оси c . Исчезновение момента при понижении температуры при 260 К (−13 °C) вызвано изменением анизотропии , которое заставляет моменты выравниваться вдоль оси c . В этой конфигурации скос спина не снижает энергию. [13] [14] Магнитные свойства объемного гематита отличаются от их наномасштабных аналогов. Например, температура перехода Морина гематита уменьшается с уменьшением размера частиц. Подавление этого перехода наблюдалось в наночастицах гематита и объясняется наличием примесей, молекул воды и дефектов в кристаллической решетке. Гематит является частью сложной твердорастворной оксигидроксидной системы, имеющей различное содержание H2O (воды), гидроксильных групп и замещений вакансий, которые влияют на магнитные и кристаллохимические свойства минерала. [15] Два других конечных члена называются протогематитом и гидрогематитом.
Улучшенные магнитные коэрцитивные силы для гематита были достигнуты путем сухого нагревания двухлинейного предшественника ферригидрита, приготовленного из раствора. Гематит показал зависящие от температуры значения магнитной коэрцитивной силы в диапазоне от 289 до 5027 эрстед (23–400 кА/м). Происхождение этих высоких значений коэрцитивной силы было интерпретировано как следствие субчастичной структуры, вызванной различными скоростями роста размера частиц и кристаллитов при повышении температуры отжига. Эти различия в скоростях роста транслируются в прогрессивное развитие субчастичной структуры в наномасштабе (сверхмалом). При более низких температурах (350–600 °C) кристаллизуются отдельные частицы. Однако при более высоких температурах (600–1000 °C) благоприятствует росту кристаллических агрегатов и субчастичной структуры. [16]
Гематит присутствует в отходах железных рудников . Недавно разработанный процесс, намагничивание , использует магниты для сбора отходного гематита из старых хвостов рудников в обширном железорудном районе Месаби-Рейндж в Миннесоте . [17] Falu red — пигмент, используемый в традиционных шведских красках для домов. Первоначально он изготавливался из хвостов рудника Falu. [18]
Спектральная сигнатура гематита была обнаружена на планете Марс инфракрасным спектрометром на космических аппаратах NASA Mars Global Surveyor [19] и 2001 Mars Odyssey [20], находящихся на орбите вокруг Марса. Минерал был обнаружен в изобилии в двух местах [21] на планете: на участке Terra Meridiani , около марсианского экватора на долготе 0°, и на участке Aram Chaos около долины Маринера . [22] Несколько других мест также обнаружили гематит, например, Aureum Chaos . [23] Поскольку земной гематит, как правило, является минералом, образующимся в водной среде или в результате водного изменения, это обнаружение было достаточно интересным с научной точки зрения, чтобы второй из двух марсоходов Mars Exploration Rovers был отправлен на участок в регионе Terra Meridiani, обозначенный как Meridiani Planum . Исследования на месте, проведенные марсоходом Opportunity , показали значительное количество гематита, большая часть которого находится в форме небольших « марсианских шариков », которые научная группа неофициально назвала «черникой». Анализ показывает, что эти шарики , по-видимому, являются конкрециями, образованными из водного раствора. «Знание того, как именно образовался гематит на Марсе, поможет нам охарактеризовать прошлую среду и определить, была ли эта среда благоприятной для жизни». [24]
Гематит часто формуют в бусины, падающие камни и другие ювелирные компоненты. [25] Гематит когда-то использовался в качестве траурных украшений. [26] [7] Некоторые виды глины, богатой гематитом или оксидом железа, особенно армянская боле , использовались в золочении . Гематит также используется в искусстве, например, при создании гравированных камней с инталией . Гематин - это синтетический материал, продаваемый как магнитный гематит . [27]
Гематит использовался для изготовления пигментов с самого начала появления человеческих живописных изображений, таких как облицовка пещер и другие поверхности, и постоянно использовался в искусстве на протяжении эпох. Во времена Римской империи пигмент, полученный путем тонкого измельчения гематита, был известен как sil atticum . Другие названия минерала, используемого в живописи, включают colcotar и caput mortuum . На испанском языке он называется almagre или almagra , от арабского al-maghrah , красная земля, которое перешло в английский и португальский языки. Другие древние названия пигмента включают ochra hispanica , sil atticum antiquorum и испанский brown . [28] Он образует основу для красных, пурпурных и коричневых железооксидных пигментов, а также является важным компонентом пигментов охры, сиены и умбры. [29] Основным производителем гематита для пигментной промышленности является Индия, за которой с большим отрывом следует Испания.
Как упоминалось ранее, гематит является важным минералом для железной руды. Физические свойства гематита также используются в областях медицинского оборудования, судоходной промышленности и добычи угля. Имея высокую плотность и способность быть эффективным барьером против прохождения рентгеновских лучей, он часто включается в радиационную защиту. Как и другие железные руды, он часто является компонентом судовых балластов из-за своей плотности и экономичности. В угольной промышленности он может быть сформирован в раствор с высокой удельной плотностью, чтобы помочь отделить угольный порошок от примесей. [30]
