H o Độ cứng tuyệt đối tính bằng Kg/cm
3.4.2. Từ tính của khoáng vật.
+ Khái niệm:
Từ tính của khoáng vật đ−ợc tạo thμnh do tính chất mang từ của các nguyên tử tạo thμnh khoáng vật.
Nếu áp dụng từ lực (H) của từ tr−ờng vμo trong các tinh thể khoáng vật, chúng sẽ tạo thμnh môment từ M theo công thức:
M=χ H
Trong đó χđ−ợc gọi lμ độ từ cảm vμ lμ một đơn vị bậc 2. Sự chuyển động của các điện tử sẽ tạo tr−ờng từ trong tinh thể vμ nó phản ánh chuyển động quan trọng nhất lμ
sự quay (spin) của điện tử. Mỗi một quỹ đạo có thể chứa hai điện tử có spin ng−ợc nhau vμ mỗi điện tử khi quay sẽ tạo ra một tr−ờng điện tử. Khi momen quay của hai điện tử đối ng−ợc nhau trong cùng một quỹ đạo mômen từ sẽ triệt tiêu nhau (bằng không). Do đó trong các tinh thể có tất cả các nguyên tử (hay ion) chỉ có các cặp điện tử (ví dụ nh− Si4+ vμ O2- sẽ không có tr−ờng từ bên trong. Những tinh thể nμy đ−ợc gọi lμ tinh thể nghịch từ. Trong các tinh thể nghịch từ chỉ có một từ tr−ờng bên ngoμi có thể gây nên một từ tr−ờng bên trong rất yếu ng−ợc lại với từ tr−ờng bên ngoμi nμy. Do đó từ cảm của các tinh thể nghịch từ χ < 0. ví dụ về các khoáng vật nghịch từ lμ can xit, thạch anh, halit.
Nguyên tử hoặc ion có các điện tử không tạo thμnh cặp bao gồm các kim loại chuyển tiếp mμ lớp vỏ quỹ đạo 3d chỉ đ−ợc lấp đầy một phần. Các ion Fe3+ vμ Mn2+ với 5 điện tử lớp 3d không tạo cặp, có mômen từ lớn nhất. Ion Fe2+ có 4 điện tử không tạo cặp (bảng 3.10 )
____________________________________________________________ 97
Hμnh vi từ của các tinh thể chứa các ion nμy phụ thuộc vμo các mômen từ đ−ợc định h−ớng nh− thế nμo vμ đ−ợc sắp xếp ra sao trong cấu trúc tinh thể. Ví dụ minh họa cho hμnh vi nμy lμ oxit mangan (MnO). Nó có cấu trúc nh− của halit với các nút mạng lμ Mn vμ O xen kẽ nhau. Tuy nhiên nếu xem xét các mômen từ liên quan với Mn, tất cả chúng đều định h−ớng song song với h−ớng mặt (1ĩ0). Ngoại trừ các điểm l−ỡng cực liền kề ở h−ớng đối diện (hình 3.28a).
Hình 3.28: a- hình biểu diễn cấu trúc từ của MnO với các l−ỡng cực từ xen kẽ nhau đ−ợc định h−ớng theo (110) lμm giảm tính đối xứng vμ tăng c−ờng ô mạng cơ sở hiệu dụng từ cấu trúc cơ sở của NaCl; b-Cấu trúc từ của manhetit các nguyên tử tạo thμnh tứ diện A vμ 16 nguyên tử tạo thμnh bát diện B (các vòng tròn mở). Các l−ỡng cực của các nguyên tử A vμ B định h−ớng theo những h−ớng đối diện (111), các nguyên tử o xy không đ−ợc biểu diễn.
Cấu trúc từ nh− đã thể hiện bởi l−ỡng cực sẽ không có đối xứng lập ph−ơng nữa. Hơn nữa ô mạng cơ sở đ−ợc nhân đôi dọc theo tất cả các trục nhờ các l−ỡng cực từ xen kẽ nhau. Siêu cấu trúc từ nμy không thể xác định đ−ợc bằng Rơnghen vì rằng các mô men quay từ bị “mù” với tia X. Tuy vậy chúng có thể đ−ợc lμm rõ bằng tán xạ notron. Vì rằng notron có moment từ tính vμ t−ơng tác của hai cực từ tạo nên từ tính ...
áp dụng trong các khoáng vật, từ tính của khoáng vật phụ thuộc vμo tổng các mô men từ của các nguyên tố có trong khoáng vật. Các nguyên tố nμy có mô men từ do sự quay vμ quỹ đạo của các điện tử trong tr−ờng điện tử vây quanh hạt nhân. Nh−ng đối với các mômen quay song song thì momen spin đ−ợc cộng thêm vμo. Trong đa số các hợp chất ion vμ cộng hóa trị, các điện tử th−ờng tạo thμnh cặp vμ tổng monmen từ rất nhỏ vμ chất đó th−ờng bị các từ tr−ờng mạnh đẩy ra. Các chất nh− vậy đ−ợc gọi lμ chất
nghịch từ. Ví dụ nh− thạch cao, thạch anh, halit.... Các cấu trúc chứa các momen xoay của điện tử song song bị hút bởi từ tr−ờng đ−ợc gọi lμ chất thuận từ. Ví dụ nh− granat, biotit, tuamalin. Nếu nh− xảy ra hiện t−ợng lực giữa các nguyên tử duy trì moment từ của nhiều nguyên tử song song với nhau (trạng thái moment cao). Moment từ t−ơng ứng sẽ rất lớn vμ chất đó đ−ợc gọi lμ chất sắt từ, ví dụ nh− manhetit, pyrotin.... Kết quả nghiên cứu cho thấy sắt lμ nhân tố chính trong đặc điểm từ tính của khoáng vật. (hình 3.29).
Độ từ thẩm (độ hút từ) (10
-6 cgs)
Hμm l−ợng sắt trong khoáng vật
Hình 3.29: Khả năng từ thẩm (độ hút từ) của các khoáng vật Ngoại từ phụ thuộc hμm l−ợng sắt có trong khoáng vật
Từ tính của khoáng vật lμ dấu hiệu nhận biết quan trọng. Ngoμi ra, t−ơng tự nh− tỷ trọng, từ tính của khoáng vật còn ứng dụng rộng rãi trong tìm kiếm (Mỏ sắt thạch khê, mỏ sắt Kursk ở Liên Xô) vμ trong tuyển khoáng để lμm giμu quặng. (xem hình 2.30).
+ Phân loại:
Theo mức độ từ tính của khoáng vật ng−ời ta chia lμm 4 loại:
- Khoáng vật từ tính mạnh: nam châm thông th−ờng có thể hút đ−ợc. VD: Manhetit, pyrotin, nhóm platin.
- Khoáng vật từ tính trung bình: nam châm th−ờng không hút đ−ợc phải dùng nam châm điện, VD: Cromit, vonframit, hematit, inmenit..
- Khoáng vật từ tính yếu: Phải dùng nam châm điện mạnh mới hút đ−ợc. VD: Amfibon, tuamalin, granat.
- Khoáng vật không có từ tính: hoμn toμn không chịu tác dụng d−ới bất kỳ từ tr−ờng nμo. Ví dụ: Canxit, thạch anh.
Hình 2.30: Máy tuyển từ cỡ nhỏ dùng để tuyển quặng trong các phòng thí nghiệm