Главные минералы железных руд

Магнетит Fe₃О₄ относится к оксидам группы шпинели. В структу­ре магнетита атомы Fe⁺² замещаются атомами Fe⁺³.

Чаще всего магнетит наблюдается в виде разрозненных вкрапленных изометричных зёрен (преобладают октаэдры, реже додекаэдрические зёрна) и их зернистых агрегатов. Сплошные руды состоят почти из мономинерального зернистого магнетитового агрегата. В рудных агрегатах магнетит может образовывать пластинчатые и решетчатые структуры распада твердых растворов со шпинелью и с ильменитом (рис. 14), что характерно для магнетитов железистых кварцитов, испытавших гранулитовую фацию метаморфизма. Встречаются тесные взаимные срастания магнетита с калиевым полевым шпатом (например, в магнетитовых рудах горы Благодать на Урале). Магнетит часто замещается гематитом, который образует решетчатые, петельчатые и сетчатые структуры (такие руды хуже полируются). В железистых кварцитах наблюдаются псевдоморфозы магнетита по гематиту, иногда по сидериту и силикатам. В кварцитах идиобластические метакристаллы магнетита содержат включения кварца и карбонатов; характерны также мирмекитовые срастания магнетита, развивающегося по гематиту, с кварцем. Магнетиты железных руд, связанных с ультраосновными щелочными породами, отличаются высокими содержаниями примесей MgO (до 5 %), а также примесями титана, которые входят в его кристаллическую решетку и содержатся в виде мелких минеральных включений ульвошпинели и ильменита, кроме того в магнетите могут содержаться мелкие вростки апатита, кальцита, форстерита и флогопита.

Магнетит хороший проводник электричества. Это магнитный минерал, его магнитные свойства возрастают с увеличением параметров кристаллической решетки и уменьшением размеров минеральных зёрен.

В отраженном свете магнетит серый с заметным коричневатым оттенком (R=20 %). В кедровой масляной иммерсии наблюдается слабый красноватый оттенок. Внутренних рефлексов нет. Изотропный. Рельеф VI группы. Очень часто встречаются пластинчатые двойники, но в рудах контактово-метасоматических месторождений магнетиты не обнаруживают двойникования, а имеют нередко зональное внутреннее строение минеральных зёрен. Полированная поверхность магнетита гладкая, но всегда покрыта мелкими кавернами (ямчатая). Стальной иг­лой магнетит не чертится, но игла оставляет след без порошка на его полированной поверхности.

Магнетит травится НСl; при непродолжительном воздействии НСl течении 2–5 сек.) на его полированной поверхности появляется слабоe коричневатое окрашивание и могут проявиться пластинчатые двойники а при длительном травлении поверхность магнетита в аншлифе становится тёмной до чёрной, шероховатой, изъеденной. Другие стандартные реактивы на магнетит не действуют. Раствор царской водки от магнетита желтеет. Для структурного травления используют НВr.

С магнетитом под микроскопом по цвету сходен сфалерит ZnS, но он не имеет коричневатого оттенка, как магнетит, и хорошо полируется. Если эти минералы присутствуют в одном аншлифе, то по сравнению со сфалеритом цвет магнетита светлее, магнетит магнитный и выше по рельефу по сравнению со сфалеритом, и, кроме того, для сфалерита характерны внутренние рефлексы (сфалерит, если он не содержит в большом количестве примеси железа, является полупрозрачным минералом, а магнетит непрозрачный). На магнетит внешне по цвету похож якобсит (Mn,Fe)₂О₄ (якобсит также сильно магнитный), но в отраженном свете якобсит серовато-белый с лёгким оливковым оттенком (R=18%). По оптическим свойствам с магнетитом сходен в отраженном свете фробергит FeTe₂, но это очень редко и в небольшом количестве встречающийся минерал.

Магнетит может содержать включения ильменита, иногда ульвошпинели, являющиеся продуктом распада твёрдых растворов.

Существенная примесь титана в составе магнетита придает его по­лированной поверхности коричневато-розовый оттенок. Титансодержа-щий магнетит подвергается травлению НСl более медленно.

Микротвёрдость магнетитов колеблется в зависимости от генети­ческих типов железных руд. В железистых кварцитах микротвёрдость изменяется от 420 до 770 кгс/мм² и в среднем составляет 575 кгс/мм². В скарновых рудах микротвёрдость магнетита колеблется от 500 до 1100 кгс/мм² (средняя 795 кгс/мм²). Резкое увеличение микротвёрдости вызывает вхождение магния в кристаллическую решетку магнетита.

Прорастания магнетита ильменитом принято называть ти-таномагнетитом.

Титаномагнетиты присутствуют также в составе медно-никелевых сульфидных руд, где ассоциируют с пентландитом, пирротином, халькопиритом. Микротвёрдость титаномагнетитов изменяется от 460 до 627 кгс/мм².

Ильменит остается нетронутым при травлении титаномагнетита HCl и наблюдается в виде нитевидных полос в магнетите, к которым прилипает намагниченная иголка, а магнетит травится НС1 и его поверхность становится чёрной и шероховатой. Разница в окраске магнетита и ильменита становится заметной в кедровом масле, при этом проявляется двуотражение ильменита (эффект двуотражения от белого до розовато-бурого и бурого цвета).

При окислении или гидротермальном растворении титаномагнетита магнетит не устойчив, он подвергается избирательному выщелачиванию, остаются скелетные остатки ильменита или происходит превращение его в смесь рутила и гематита.

При выветривании, в условиях сухого климата, магнетит замещается гётитом.

Гематит Fe₂О₃ является наиболее важным промышленно-ценным минералом железа и встречается практически во всех генетических типах железных руд. Он может содержать в своём составе в существенных количествах примеси Ti и Mg. Кристаллическая структура гематита относится к типу корунда. Для гематита характерны ромбоэдрические, таблитчатые и шестоватые кристаллы, лучистые агрегаты. Таблитчатые кристаллы бывают сильно изогнуты. Изредка встречаются призматические кристаллы. Спайность отсутствует, но в аншлифах нередко наблюдается пластинчатая отдельность, которая может быть принята за спайность.

В тонких слойках гематит просвечивает кроваво-красным цветом и внешне напоминает рубиновую слюдку – лепидокрокит FeO(OH), но в отличие от гематита в порошке лепидокрокит оранжево-красный. Для лепидокрокита характерны радиально-лучистые агрегаты тонко­пластинчатых кристаллов. Стандартные реактивы, применяемые обыч­но для травления, на лепидокрокит не действуют.

Гематит образует псевдоморфозы по магнетиту, которые называются мартитом и обладают магнитными свойствами. Мартит представляет собой агрегат тонких пластинок гематита.

С пирротином гематит встречается только изредка, в зонах термально-контактового метаморфизма сульфидно-магнетитовых руд скарнового типа.

В составе сульфидных и кварцево-сульфидных руд гематит ассо­циирует с ранними высокотемпературными минералами (обычно с ру­тилом, ильменитом и касситеритом).

Стандартным набором химических реактивов и царской водкой гематит не травится. При одновременном воздействии НСl_конц. и пропус­кании электрического тока гематит травится с лёгким побурением и вы­является структура. Для структурного травления можно применять НF (травить 1–2 минуты).

Под микроскопом гематит (рис. 13) часто наблюдается в виде удлинённых призматических пластинок, которые дают при шлифовке шестоватые и игольчатые сечения. В отраженном свете цвет гематита белый или серо-белый, а рядом с пиритом и халькопиритом его цвет кажется более матовым, синеватым. R=25 %. В воздухе наблюдается очень слабое отражение, которое заметно только на границах срастания зерен; с иммерсией двуотражение отчетливое: от белого до голубоватого и серовато-сине-белого. Гематиты с существенной примесью титана отличаются более низкой отражательной способностью, но более сильным двуотражением. Рельеф VII группы.

Рис. 13. Скопления гематита в кварцевой жильной массе,

насыщенной гематитом и просвечивающей вишневым цветом.

На границе срастаний кварца и гематита наблюдаются каверны и завалы

рельефа, что указывает на хрупкость гематита. Забайкалье. 68^х**

___________________

** Цветные фотоиллюстрации сделаны автором. Руды из коллекций аншлифов, предоставленных профессором И.В. Кучеренко (Томский политехнический университет).

Полируется хуже магнетита, всегда ямчатый. Стальной иглой гематит не чертится. В косом свете тонкие пластинки гематита просвечивают рубиново-красным цветом и его можно спутать в аншлифах с лепидокрокитом. Гематит, в отличие от лепидокрокита, в отраженном свет более белый. Эффект двуотражения у лепидокрокита сходен с гематитом. Микротвёрдость гематита 920–1200 кгс/мм².

Отражательная способность гематита выше, чем магнетита, рутила ильменита и он резко светлее в отраженном свете этих минералов, которые встречаются с ним в одной минеральной ассоциации.

Внутренние рефлексы у гематита очень редко наблюдаются в качественных аншлифах в массовом количестве, а в иммерсии, в порошке тёмно-красные. В воздухе внутренние рефлексы наблюдаются или на сколах сросшихся зёрен или в порошке. Гематит отчетливо анизотроп­ный с цветным эффектом в блеклых синих и коричневатых тонах, причём сила эффекта анизотропии снижается в плохо отполированных аншлифах, а у лепидокрокита цветной эффект анизотропии не очень заметен.

Дисперсия вращения отражения отчётливая (r > ν). Поляризацион­ная фигура после вращения анализатора: чёрные изогиры с отчётливы­ми каймами, – красными на вогнутых сторонах и синими – на выпук­лых, а после поворота минерала в скрещенных николях на 45° – каймы вогнутых сторон изогир – бледно-зеленоватые.

Характерными диагностическими признаками гематита в отраженном свете является голубоватый оттенок цвета, блеклые синие и коричневатые цвета эффекта анизотропии и высокая микротвёрдость.

При обезвоживании бурых железняков или за счет окисления магнетита, образуется кубическая модификация гематита – маггемит. Он магнитный.

Маггемит в порошке чёрный, его черта бурая. Стандартными реактивами маггемит не травится.

В отраженном свете цвет маггемита серый с голубоватым оттенком, который особенно ясно виден при наблюдении в кедровом масле. Внутренние рефлексы у маггемита буро-красного цвета. Микротвёрдость маггемита ниже, чем микротвёрдость гематита, и изменяется в пределах 357–387 кгс/мм².

Ильменит FeTiO₃ (титанистый железняк) – это главный минерал титаномагнетитовых руд. Он образуется при высоких температурах (выше 500 °С и поэтому не принадлежит к числу широко распространённых минералов). Ильменит относится к тригональной сингонии. Его кристаллы по форме толстотаблитчатые, ромбоэдрические, иногда пластинчатые. Характерны срастания с магнетитом и гематитом. Стальной иглой ильменит не чертится. С трудом в порошке растворяется в концентрированной НСl с выделением окиси титана. Электропроводность слабая.

Под микроскопом в отраженном свете ильменит буровато-серый и слабо двуотражает: буро-серый, серый, серовато-белый со слабым коричневатым оттенком. R=18%. По сравнению с магнетитом ильменит в отраженном свете темнее и более коричневатый, но ильмениты чистые примеси магнетита отчетливо светлее магнетита. По сравнению с помитом ильменит в отраженном свете красновато-коричневый значительно светлее хромита и это различие отчетливее наблюдается в иммерсии. Богатые примесью титана магнетиты можно принять за ильменит, но они изотропны, имеют в отраженном свете коричневато-розовый оттенок и отличаются по твердости.

Рис. 14. Структуры распада ильменита в магнетите. 90^х. Протравлено.

По Б.Б. Розиной и В.Л. Ловчинской

При наблюдении в кедровом масле ильменит имеет красно-коричневый оттенок. Рельеф VI группы. Ильменит анизотропный. Эффект анизотропии очень яркий, в темно-коричневых тонах, а в кедровой масле эффект анизотропии изменяется от светло-серого с желто-зелёным оттенком до серого с голубовато-фиолетовым. В иммерсии двуотражение у ильменита отчетливое: белый с розовато-коричневым или густо-коричневым оттенком. Внутренние рефлексы тёмно-коричневые и видны только в порошке при наблюдении в иммерсии. Микротвёрдость 540–857 кгс/мм².

Стандартные реактивы на ильменит не действуют. Ильменит тра­вится HF, которая действует на ильменит быстрее, чем на гематит и медленнее, чем на магнетит. При травлении обнаруживаются пла­стинчатые двойники.

По сравнению с ильменитом, встречающийся с ним в ассоциации рутил в отраженном свете светлее и ярче (R=20 %), он не имеет красно­ного оттенка и отличается наличием очень светлых (желтых, бурых или красноватых) внутренних рефлексов. Рутил в косом свете оранжевый или красноватый, он хорошо полируется и стандартные реактивы на его полированную поверхность не действуют.

При изучении титаномагнетит-ильменитовых руд аншлифы обычно протравливают соляной кислотой и изучают в масляной иммерсии.