3.1 Температурная зависимость намагниченности насыщения гематита

Гематит является весьма распространенным минералом и встречается в горных породах и рудах различного генезиса: в кислых и средних изверженных породах обычно в качестве акцессорного минерала; в метаморфических и осадочных горных породах как породообразующий и акцессорный минерал. В некоторых железорудных месторождениях гематит является основным компонентом руд. Встречается также в пегматитах, гидротермальных месторождениях и в зоне окисления. Описаны многочисленные находки этого минерала в продуктах фумарольной деятельности при вулканическом процессе.

Известно, гематит (-Fe2O3) обладает кристаллической структурой типа корунда и является антиферромагнетиком, образованным небольшой неколлинеарностью магнитных моментов подрешеток.

Мелкие частицы гематита были получены обработкой в условиях ВД+СД на наковальнях Бриджмена путем их поворота наковален на различные углы. В качестве исходного материала был использован естественный монокристалл гематита из месторождения Шабры. В процессе сдвигового воздействия при повышенном давлении получается порошок, состоящий из кристаллитов гематита различных размеров. Разделение частиц по размерам затем производилось просеиванием через сито с ячейкой 45 мкм, а более мелкие (менее 45 мкм) - седиментационным методом в дистиллированной воде. Наблюдения под микроскопом показывают, что кристаллиты имеют неправильную, но близкую сферическую форму. Для исследований была выбрана самая мелкая фракция гематита с размером частиц меньше 1 мкм.

На рис. 3.1 представлена кривая температурной зависимости намагниченности насыщения s(Т) крупнокристаллического (КК) гематита. Эта кривая записана в процессе нагревания и охлаждения образца после 15 минутной выдержки при 700С. Кривые нагрева и охлаждения образца совпадают. Температура Кюри, определенная экстраполяцией наиболее крутого участка кривой s(Т), составляет 675С, что соответствует значению точки Кюри стехиометрического гематита.

На рис. 3.2 приведены кривые s(Т) микрокристаллических частиц (0,5 мкм) гематита, полученных обработкой в условиях ВД+СД (в дальнейшем порошок гематита). Эти кривые сняты в вакууме при нагревании (кривая 1) и остывании (кривая 2) образца. Сравнение кривых s(Т) представленных на рис. 3.2 показывает, что они разные. В первую очередь следует отметить, что величина s порошка гематита при комнатной температуре меньше ее величины в крупнокристаллическом состоянии. Например, после обработки в условиях Р=100 МПа, =360 , Р=200 МПа, =720 и Р=1000 МПа, =720

Рис. 3.1. Температурная зависимость насыщения гематита (месторождение Шабры) в исходном состоянии. 1 - нагрев, 2 - охлаждение.

уменьшение величины намагниченности насыщения составляет 17, 30 и 42%, соответственно. Как видно, увеличение величины повышенного давления и угла поворота наковален вызывает более интенсивное уменьшение величины s. Во-вторых, характеры кривых s(Т) мелкого порошка гематита, снятых в процессе нагревания и остывания не только отличаются друг от друга, но и не совпадают с подобной кривой для крупнокристаллического образца. При нагревании образца величина s до температуры 350С (рис. 3.2) остается постоянной. Далее она начинает резко возрастать и проходит через максимум 1,13 Ам2/кг при 480С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к уменьшению величины намагниченности с появлением ступеньки при 675С. Значение намагниченности достигает нуля только при 760С. Следует отметить, что кривые s(Т) порошка гематита, записанные при остывании до 490С, совпадают с кривой нагревания. Ниже 490С кривая 2 идет выше кривой нагревания. При дальнейшем понижении температуры величина намагниченности продолжает увеличиваться и при комнатной температуре она становится в 5,7 раз больше величины намагниченности крупнокристаллического гематита.

На рис. 3.3 приведены кривые температурной зависимости намагниченности (s(Т)/о) порошка гематита в относительных единицах, снятые в воздухе при нагреве (кривая 1) и остывания (кривая 2) образца. Эти кривые были получены для порошка гематита, полученного обработкой в условиях ВД+СД (Р=200 МПа, = 720) и последующей выдержки на воздухе в течение 6 месяцев. Порошок гематита после длительной выдержки на воздухе был предварительно отожжен в вакууме 1,5•10-3 Па при температуре 800С в течение 15 минут. Как видно и в этом случае кривые 1 и 2 не совпадают. Кривая охлаждения 2 лежит ниже кривой нагревания 1. Величина s при нагревании на воздухе с увеличением температуры уменьшается почти линейно. В области температур 550-600С имеется ступенька. Далее значение s медленно уменьшается и достигает нуля при температурах 760-780С. При остывании образца величина s практически не увеличивается до температуры 670С. После 670С величина намагниченности насыщения несколько увеличивается до температур 570С. С уменьшением температуры после 570С величина s увеличивается линейно. На рис. 3.4 представлены кривые (Т) порошка гематита, снятые на воздухе при нагреве (кривая 1) и остывании (кривая 2) образца. Порошок гематита после обработки в условиях ВД+СД был предварительно отожжен в вакууме 1,5 10-3 Па при температуре 800С и в течение 15 минут. Как видно и в этом случае кривые 1 и 2 не совпадают. Кривая охлаждения 2 лежит ниже кривой нагрева 1. Уменьшение величины намагниченности после охлаждения составляет 93%. На кривой нагрева в интервале температур 350-430С появляется ступенька. Температура Кюри, определенная экстраполяцией этого участка кривой нагрева (Т) на ось температур, составляет 450С. Намагниченность обращается в нуль при температуре 675С.

Рис.3.2. Температурная зависимость намагниченности насыщения гематита (м-е Шабры) после ВД+СД (Р=200 МПа, = 720). 1 - нагрев, 2 - охлаждение.

Рис. 3.3. Температурная зависимость намагниченности насыщения гематита (м-е Шабры) после ВД+СД (Р=200 МПа, = 720) и последующей выдержки на воздухе в течение 6 месяцев. 1 - нагрев, 2 - охлаждение.

Рис. 3.4. Температурная зависимость намагниченности порошка гематита после предварительного отжига в вакууме при температуре 800С в течение 15 минут. 1 - кривая нагревания, 2 - кривая охлаждения. Нагрев на воздухе.