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 Fe .
2О
3. Он имеет ту же кристаллическую структуру , что и корунд ( Al
2О
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 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 хрупок . Маггемит представляет собой полиморфную модификацию гематита (γ- Fe
2О
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 как вторичный минерал, образующийся 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.
Название гематит происходит от греческого слова «кровь » αἷμα (хайма) 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 различным 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]
На острове Эльба обнаружены богатые месторождения гематита, добываемые еще со времен этрусков . [11]
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. [12] [13] 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. [14] 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. [15]
Гематит присутствует в отходах железных рудников . Недавно разработанный процесс, намагничивание , использует магниты для сбора отходов гематита из старых хвостов шахт в обширном железорудном районе Месаби-Рейндж в Миннесоте . [16] Красный фалу — пигмент, используемый в традиционных шведских красках для дома. Первоначально его изготавливали из хвостов шахты Фалу. [17]
Спектральная сигнатура гематита была замечена на планете Марс с помощью инфракрасного спектрометра космических аппаратов НАСА Mars Global Surveyor [18] и 2001 Mars Odyssey [19] на орбите вокруг Марса . Минерал был замечен в изобилии на двух участках [20] на планете: на участке Терра Меридиани , недалеко от марсианского экватора на 0° долготы, и на участке Арам Хаос возле Долины Маринерис . [21] На нескольких других объектах также был обнаружен гематит, например, Aureum Chaos . [22] Поскольку земной гематит обычно представляет собой минерал, образующийся в водной среде или в результате водных изменений, это обнаружение было настолько интересным с научной точки зрения, что второй из двух марсоходов для исследования Марса был отправлен на место в регионе Терра Меридиани, обозначенное как Меридиани Планум . Исследования на месте, проведенные марсоходом «Оппортьюнити» , 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». [23]
Гематиту часто придают форму бус, камушков и других компонентов ювелирных изделий. [24] Гематит когда-то использовался в качестве траурных украшений. [25] [7] Некоторые виды глины, богатой гематитом или оксидом железа, особенно армянский ствол , использовались при позолоте . Гематит также используется в искусстве, например, при создании драгоценных камней с глубокой гравировкой . Гематин — синтетический материал, продаваемый как магнитный гематит . [26]
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. [27]
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. [28]
