آشنایی کامل با سنگ آهن مگنتیت از ساختار تا خواص و روش تشخیص

آشنایی بیشتر با  سنگ آهن مگنتیت

سنگ آهن مگنتیت(انواع سنگ آهن، ۵ درصد از پوسته‌ی زمین را تشکیل می‌دهد.) یکی از انواع سنگ آهن است که بر روی کره زمین موجود است. این سنگ آهن از انواع مغناطیسی بوده و می‌تواند جذب به آهنربا شده و یا به آهن‌ربا تبدیل شود. دانشمندان بر این باور هستند که سنگ مگنتیت اولین ماده معدنی مغناطیسی است که به صورت طبیعی بر روی زمین وجود داشته است(برخی از منابع فلزات، به واسطه برخورد شهاب سنگ ها بر روی زمین پدیدار شده اند و از قبل روی زمین وجود نداشته اند). ضمن اینکه سنگ آهن مگنتیت اولین آهنربای جهان بوده که مورد استفاده قرار گرفته است، گفته می شود یونانی‌ها حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد مسیح از این ماده به عنوان آهن‌ربا استفاده می‌کرده‌اند سولفور آهن، اکسیدهای آهن و کربنات آهن از انواع مختلف آهنی هستند که در پوسته زمین وجود دارند. در این بین هماتیت و مگنتیت از مهم ترین و با ارزش ترین اکسید‌های آهن هستند(آهن در طبیعت در قالب سنگ آهن و به فرم اکسید شده یافت می‌شود). این سنگ دارای خواص فرو مگنتیک است که جزئی از خاصیت‌های بسیار قوی مغناطیسی به شمار می‌آیند؛ در ادامه با این خواص آشنا خواهیم شد.

رنگ و شکل بلور سنگ آهن

رنگ این سنگ‌ها اغلب تیره و سیاه است و شکل بلوری آن بلور اکتائدر(Octahedron) است که به شکل یک هشت وجهی به صورت دو هرم از قاعده به هم چسبیده دیده می‌شود. سنگ آهن مگنتیت از کانسنگ‌های آهن به شمار می‌آید و به همین علت تا حد زیادی مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. به طور کلی سنگ آهن مگنتیت نسبت به سنگ آهن هماتیت بسیار نادرتر و کمیاب‌تر است و به همین جهت ارزش و قیمت آن نسبت به سنگ آهن هماتیت بیشتر است. یکی از کاربرد‌های سنگ آهن مگنتیت استفاده از آن‌ها برای ساخت آهن ربا است زیرا این سنگ دارای ویژگی‌هایی است که می‌تواند انتخاب مناسبی برای درست کردن آهن‌ربا باشد. برای اطلاعات بیشتر با ما در ارتباط با ما همراه شوید.

در این نوشته به بررسی ساختار آن و روش های تشخیص این سنگ آهن می پردازیم. همچنین خواص و منابع قابل دسترس آن را نیز بیان خواهیم کرد.

خواص فرومگنتیک

همانطور که گفتیم مواد فرومگنتیک دارای خواص مغناطیسی قوی هستند در واقع منظور از مواد فرومگنتیک به همان مواد فرومغناطیس است در این قسمت از مطالب به معرفی خواص فرومغناطیس خواهیم پرداخت زیرا سنگ مگنتیت دارای این خاصیت است. خواص مغناطیسی شامل موارد زیادی می‌شود که قوی ترین این خواص، خواص فرومغناطیسی است. مواد فرومغناطیسی موادی هستند که به آهنربای دائمی تبدیل شده‌اند و یا به بیانی دیگر این مواد همیشه می‌توانند جذب آهن‌ربا‌ها شوند. در این جا ممکن است که سوالی برای شما پیش بیاید که چگونه یک ماده می‌تواند به آهن‌ربای واقعی تبدیل شود؟ برای پیدا کردن پاسخ این سوال به ادامه مطلب توجه کنید. تصور کنید یک ماده و یا یک سنگی در اختیار دارید که در مجاورت این سنگ یک میدان مغناطیسی خارجی وجود دارد. با قرار گیری یک ماده در نزدیکی یک میدان مغناطیسی کم کم ماده هم خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کند. در این صورت اگر میدان مغناطیسی خارجی دیگر در مجاورت آن ماده وجود نداشته باشد، باز هم خاصیت مغناطیسی در آن دیده می‌شود و به همین ترتیب ماده به آهن ربای دائمی تبدیل شده است. دقت کنید که هر ماده ای نمی‌تواند به آهن ربای دائمی تبدیل شود، یعنی اگر مواد دیگری را در مجاورت میدان مغناطیسی قرار دهید خواص فرو مغناطیسی را به خود جذب نمی‌کنند و این اتفاق تنها برای برخی مواد خاص مانند آهن انجام می‌شود.

به نظر می رسد علاوه بر منشأ تولید سنگ آهن مگنتیت و خواص شیمیایی که باعث بروز چنین خاصیتی می شود، نانوذرات آن نیز وجود دارند که در خاک شکل می گیرند. این نانوذرات ها را می توان در زیست پزشکی یا علوم زیستی مختلف مورد استفاده قرار داد.

ویژگی های سنگ آهن مگنتیت

فرمول شیمیایی سنگ آهن مگنتیت Fe3O4 است. نام این واژه یونانی است و معنای آن آهن ربا است. این سنگ در مجموعه کانی‌ها قرار می‌گیرد و سنگ سختی است، به همین علت به سختی در هیدروکلریک (HCL) حل می‌شود. کشور سوئیس اولین کشوری بود که موفق شد این سنگ را کشف کند. این سنگ ظاهری بلوری دارد و دارای  آگرگات دانه‌‌ای است. هم چنین درون آن دانه‌‌های اشباع شده فراوان وجود دارد. مقدار سختی این سنگ ۵.۵ است.

روش تشخیص

روش های متعددی وجود دارند که به وسیله آنها می توان سنگ آهن مگنتیت را شناسایی کرده و تشخیص داد. از جمله این روش ها می توان به تشخیص چشمی اشاره کرد. طی این روش، سنگ مگنتیت از روی رنگ و ظاهر آن شناخته می شود. رنگ مگنتیت به صورت معمول سیاه و یا قهوه ای مایل به سیاه است. به طور کلی هرچه رنگ سنگ آهن مورد نظر تیره تر باشد، احتمال اینکه سنگ مگنتیت باشد، بیشتر خواهد بود. همچنین این نوع سنگ آهن دارای نوعی جلای فلزی می باشد. همچنین شکل ظاهری آن از نوع بلور اکتائدر می باشد.
روش شناسایی دیگری که برای سنگ آهن مگنتیت در نظر می گیرند، مربوط به خاصیت مغناطیسی این سنگ آهن است. این خاصیت باعث می شود که بتوان آن را با استفاده از روش های مغناطیسی از سایر مواد جدا کرد. البته این روش دردسرهایی هم دارد، مثل اینکه سایر سنگ آهن ها، مثل هماتیت هم به عنوان مواد زائد جدا می شوند.

یکی دیگر از روش هایی که برای تشخیص سنگ آهن مگنتیت به کار برده می شود، روش شیمیایی است. در این روش سنگ آهن را درون HCI حل می کنند. در واقع سنگ مگنتیت به سختی در این محلول حل می شود و به این ترتیب می توان آن را شناخت.
یکی دیگر از این روش های شیمیایی استفاده از آنالیزهای Xrd و Xrf می باشد. به وسیله این آنالیزهای شیمیایی، جرم سنگ آهن مورد نظر را تشخیص داده و مگنتیت را شناسایی می کنند.

منابع قابل استفاده

تشکیل سنگ آهن مگنتیت امری بسیاری طبیعی است که در محیط های زمین شناسی مختلف رخ می دهد. از سنگ های آذرین گرفته تا سنگ های رسوبی و یا سنگ های دگرگونی می توان به مگنتیت دسترسی داشت. به طور کلی سنگ های آهن حدود ۵ درصد از پوسته زمین را شکل می دهند.

پس از کشف اولین رگه های مگنتیت در سوییس، کم کم در سرتاسر جهان منابع مختلفی به دست آمدند که حاوی این ماده ارزشمند بودند. در برخی مناطق، مثل هندوستان، هنگ کنگ، آمریکا و غیره، می توان در میان ماسه های سواحل به سنگ آهن مگنتیت دسترسی پیدا کرد. معمولا ماسه ها و شن های سواحل که حاوی مگنتیت باشند، با نام شن سیاه شناخته می شوند.

در واقع این مگنتیت از فرسایش سنگ هایی ایجاد شده است که در مسیر رودخانه ها قرار داشته اند. با ورود رودخانه به دریا، سنگ های آهن یا همان شن های سیاه نیز به ساحل منتقل شده اند.

از طرف دیگر، مگنتیت را می توان در فسیل ها نیز یافت. در واقع مرور زمان و زیست کانی سازی این سنگ آهن باعث شده است که امروزه بتوان آن را در منابع فسیلی روی زمین نیز پیدا کرد. معمولا چنین منابعی را مگنتیت فسیل یا فسیل های آهنربایی می نامند.
یکی دیگر از منابعی که برخی معتقدند از طریق آن سنگ آهن مگنتیت در زمین موجود شده است، شهاب سنگ هاست. در واقع عده ای بر این باور هستند که منشأ اصلی این سنگ آهن فضا می باشد و در نتیجه هرجا شهاب سنگی بر روی زمین فرود آمده باشد، می توان رگه ها و منابع ارزشمندی از سنگ آهن مگنتیت یافت.
از جمله بزرگ ترین و مهم ترین معادن مگنتیت در جهان، منطقه ای است که در شیلی وجود دارد. این منطقه با نام کمربند آهنی شیلی مشهور شده است. همچنین بلندترین کوه موریتانی فقط از سنگ آهن مگنتیت تشکیل شده است. در پرو تپه های شنی وجود دارند که حاوی مگنتیت هستند. در برخی منابع، ساختار کریستالی سنگ مگنتیت متفاوت شده است که گفته می شود به خاطر کاتیون روی چنین اتفاقی رخ داده است.

مگنتیت و نقش بیولوژیک آن در موجودات زنده

کریستال های مگنتیت به صورت بیوژنتیکی در بدن طیف وسیعی از موجوداتی مثل میکروب های مگنتوتاکتیک، حشرات، نرم تنان، ماهی ها، پرندگان و پستانداران وجود دارند.

برخی از تحقیقات نشان می دهند که در مغز انسان نیز مگنتیت به صورت بیولوژیکی و به عنوان بخشی از متابولیسم آهن رسوب می کند. اما عده ای معتقدند که این امر احتمالا به خاطر عوامل خارجی رخ می دهد. در واقع این افراد بر این باور هستند که آلودگی هوا، فقط شامل گازهایی مثل دی اکسید گوگرد، ازن و اکسیدهای نیتروژن و غیره نمی شود. بلکه این آلودگی شامل ذرات جامدی هم می شود که اندازه آنها می تواند بین چند نانومتر تا میکرومتر متغیر باشد.

این ذرات به وسیله فرایندهای طبیعی و فعالیت های انسانی تولید و مستقیما وارد جو می شوند. مگنتیت یکی از اجزاء فوق العاده فراوانی است که در این آلودگی ها، مخصوصا در آلودگی های محیط شهری یافت می شود. تحقیقات نشان داده اند که وجود مگنتیت ناشی از تنفس هوای آلوده و آلودگی های جوی در بدن و مغز انسان می تواند باعث بروز انواع بیماری های تنفسی و قلبی عروقی شود.

البته تحقیقاتی نیز در مورد اثر مفید این ماده بر روی ادراک، انتقال و ذخیره سازی طولانی اطلاعات در مغز انسان در حال انجام است.

سنگ آهن هماتیت

سنگ آهن هماتیت با فرمول شیمیایی Fe2O3 یکی از شناخته شده ترین و پرفروش ترین سنگ های آهن موجود در جهان است. کاربرد اصلی آن در تولید سیمان، رنگ سازی و ساخت ضد رنگ می باشد. شکست نور آن بالاست و به همین دلیل در گذشته از آن برای ساختن آینه ها استفاده می کردند.

رنگ زیبای سنگ آهن هماتیت باعث می شود که گاهی از آن برای تولید جواهرات نیز استفاده کنند اما این سنگ در کنار تفاوت های کاربردی با سنگ آهن مگنتیت، تفاوت های فاحش دیگری نیز با مگنتیت دارد.

تفاوت های سنگ آهن مگنتیت و سنگ آهن هماتیت

سنگ آهن مگنتیت و سنگ آهن هماتیت تفاوت های گوناگونی با یکدیگر دارند. بلور هماتیت به گونه های مختلفی در طبیعت یافت می شود، از جمله به صورت های فلسی، دانه ای، توده ای، شعاعی و غیره. رنگ آن نیز طیف وسیعی از رنگ های قهوه ای، خاکستری، سیاه و قرمز را در بر می گیرد. همچنین این نوع سنگ آهن ممکن است به صورت نیمه شفاف یا کاملا کدر یافت شود و به اصطلاح دارای جلای مات می باشد.

همانطور که گفتیم، از هماتیت معمولا برای تولید سیمان، رنگ، و جواهرات استفاده می کنند. در حالی که از سنگ آهن مگنتیت در موارد متعددی کاربرد دارد که از جمله آنها می توان به تولید فولاد، تصفیه آب، کاربردهای درمانی، تصویربرداری و غیره اشاره کرد.

سنگ آهن مگنتیت و هماتیت را می توان با روش های مختلفی از یکدیگر تشخیص داد. ولی یکی از محبوب ترین و ساده ترین روش ها استفاده از روش خاصیت مغناطیسی است. در این روش مگنتیت که دارای خاصیت فرومغناطیسی است، به راحتی از هماتیت جدا می شود.