Можно ли, имея магнит, стать богатым?

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Можно ли, имея магнит, стать богатым?

Скузоватова О.С. 1
1 МБОУ г. Иркутска СОШ № 19
Сергеева Е.П. 1
1МБОУ г. Иркутска СОШ № 19
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Известно, что человечество на протяжении всей своей истории изучало минералы и их свойства. В древности больше внимания уделялось камням, которые подходили для строительства, изготовления оружия и инструментов. Позже большее внимание стало уделяться физическим свойствам и химическому составу. В XV веке учение о камнях и минералах сформировалось, как самостоятельная наука – Минералогия.

Актуальность. Мои родители геологи. Они занимаются поиском месторождений. В прошлом году я делала исследование о том, как связано количество магнитных минералов с месторождением. В этом году я решила проверить, а можно ли магнитом найти золото?

Цель. Разделить минералы по степени магнитности и проверить золото.

Задачи.1. Изучить что такое магнитные свойства;

2. Изучить группы минералов по степени магнитности;

3. Найти способы разделения минералов;

4. Повести эксперимент по разделению минералов.

5. Отделить золото и проверить его магнитные свойства

6. Разобраться, помогает ли магнит при поисках месторождений золота

Гипотеза. Можно ли магнитом найти драгоценные металлы?

Методы: 1. Изучение литературы;

2. Консультация со специалистами;

3. Проведение эксперимента.

4. Анализ результатов эксперимента

Глава 1. Магнит и магнитность

Всем нам известно, что магниты притягивают различные предметы. Почему это происходит? Какие предметы могут притягивать магниты?

Все материалы состоят из частиц. Эти частицы - это молекулы и атомы. Атомы состоят из электронов и протонов [2, 4]. Электроны перемещаются относительно атомных ядер и создают магнитную силу. Магнитный момент отдельной частицы слишком мал. Частицы в обычном материале перемещаются хаотично, поэтому малые магнитные моменты не суммируются. У магнитов не все электроны имеют пару, поэтому они перемещаются в одном направлении.

Магнит - это объект, который может притягивать и отталкивать предметы из железа и его сплавов. Магниты могут быть искусственными и естественными. Для производства магнитов используются технологии прессования и спекания различных магнитных порошков и сплавов в специально разработанных пресс-формах. Со временем люди научились изготавливать магниты искусственным путем и сделали их более мощными, чтобы использовать в промышленном производстве [2-4].

Искусственные магниты могут быть в любых формах: в виде диска, кольца, цилиндра, параллелепипеда, т. е. любой разумной геометрической фигуры. Естественные магниты получают свои магнитные свойства от природы. К ним относятся куски руды и другие образцы, обладающие магнитными свойствами.

Сила, которой обладает магнит, называется магнетизм. Эта сила вызывается магнитными полями [2]. Магнитное поле - это невидимая глазу область вокруг магнита, внутри которой ощущается воздействие магнита на внешние объекты.

Магнитная сила - это сила, с которой предметы притягиваются к магниту. Магниты могут притягивать металлические предметы, но не оказывают влияния на неметаллические объекты [3].

Глава 2. Магнитные свойства минералов

Минерал – природное тело, образующееся в результате геологических процессов, происходящих на поверхности или внутри Земли. Известно около 2200 минералов, а число их названий с разновидностями более 4000. Широко распространенных в природе минералов насчитывается около 450 видов

Магнитные свойства минералов – это способность минералов намагничиваться при помещении в магнитное поле. Магнитные свойства минералов зависят от природы слагающих их атомов. В зависимости от величины магнитной восприимчивости выделяют минералы: сильномагнитные (ферримагнетики и ферромагнетики), умеренно магнитные и слабомагнитные (парамагнетики и антиферромагнетики), немагнитные (диамагнетики). Магнитность минералов определяется с помощью свободно вращающейся магнитной стрелки, к концам которой подносится минерал, или измерением магнитной восприимчивости.

Сильно магнитные минералы обнаруживают магнитные свойства и в отсутствие внешнего магнитного поля. Они характеризуются высоким значением магнитной восприимчивости. Среди ферримагнитных минералов наиболее высокой намагниченностью обладает магнетит.

К умеренно магнитным минералам: самородное железо, также минералы, имеющие в своем составе элементы группы железа – железо, никель, кобальт. Эти минералы проявляют магнитные свойства в сильном магнитном поле (табл. 1).

К слабомагнитным минералам относятся некоторые сульфиды (пирит, халькопирит), минералы некоторых редкоземельных элементов (турмалин, монацит, ортит и др.) и др., имеют малую магнитную восприимчивость. Минералы-диамагнетики имеют отрицательную и очень малую магнитную восприимчивость. Наиболее сильно диамагнитные свойства проявляются у самородного висмута и графита, в меньшей степени у флюорита, кварца, самородного золота, серебра и др.). Большинство минералов диа- и парамагнитные; антиферромагнитных минералов значительно меньше.

Различие магнитных свойств минералов имеет важное значение. Магнитные характеристики минералов используются в геологии для изучения истории Земли, для поиска месторождений, в промышленности при обогащении руд.

Таблица 1.

Сильномагнитные

Среднемагнитные

Слабомагнитные

Немагнитные

Железо

Магнетит

Титаномагнетит

Пирротин

Платина магнитная

Амфиболы (темноокрашенные)

Биотит

Вольфрамит

Гематит

Гранаты

Ильменит

Лимонит

Пироксены

Пиролюзит

Псиломелан

Турмалин

Фербергит

Хромит

Эпидот

Амфиболы

Браннерит

Гадолинит

Гранаты

Монацит

Ортит

Пироксены

Ксенотим

Пирохлор

Сфен

Турмалин

Шпинель

Азурит

Аксинит

Алмаз

Анатаз

Андалузит

Антимонит

Апатит

Арсенопирит

Аурипигмент

Ахроит

Бадделит

Барит

Берилл

Бисмутит

Браунит

Брукит

Ванадинит

Визувиан

Висмутин

Вульфенит

Галенит

Гессит

Гюбнерит

Золото

Касситерит

Кианит

Киноварь

Клиноцоизит

Кобальтин

Корунд

Малахит

Медь

Молибденит

Перовскит

Пироксен

Платин

Реальгар

Распит

Рутил

Свинец

Серебро

Сидерит

Силлиманит

Смитсонит

Сподумен

Ставролит

Топаз

Торианит

Тремолит

Фенакит

Флюорит

Халькозин

Халькопирит

Хризоберилл

Церуссит

Циркон

Цоизит

Шеелит

Шпинель

Эвклаз

Группы минералов по магнитным свойствам [1]

Глава 3. Проведение эксперимента

Старший научный сотрудник из Института геохимии Сибирского отделения наук Тарасова Юлия Игоревна, которая много лет занимается изучением минералов рассказала мне, что для проведения минералогических исследований используются искусственные магниты с различными магнитными свойствами. Одним из таких инструментов является магнит Сочнева. С помощью этого магнита получается разделять минералы, которые с разными магнитными свойствами. Универсальный магнит А. Я. Сочнева марки С-5 (рис. 1) имеет четыре рабочие зоны (полюса) и позволяет разделять четыре магнитных фракции: сильномагнитную (магнетитовую), среднемагнитную (ильменитовую), слабомагнитную (гранат-вольфрамитовую) и очень слабомагнитную (монацитовую). Названия фракций даны по основным минералам в группе.

Рисунок 1. Ручной магнит А.Я. Сочнева. Полюсы: 1 – для выделения сильномагнитной фракции; 2 – для выделения среднемагнитной фракции; 3 - для выделения слабомагнитной фракции; 4 - для выделения очень слабомагнитной фракции.

Мама из экспедиции привезла пробы, отобранные из ручья возле месторождения золота. Мы взяли 5 проб отобранных в разных местах ручья. С помощью лотка (рис. 2) мы отмыли тяжелые минералы – шлих. Дальше этот шлих я домывала в фарфоровой чашке, чтобы очень аккуратно удалить легкие минералы, но не потерять рудные минералы, которые сопровождают самородное золото. После просушки у нас получились такие пакетики с темными минералами (рис. 3). Каждую пробу мы взвесили и занесли в таблицу общий вес (табл.2).

Рисунок 2. Деревянный лоток старателя.

Рисунок 3. Взвешивание шлихов.

Таблица 2.

Масса шлихов и количество частиц самородного золота в них.

Шлих

Общий вес, гр

Вес магнитной фракции, гр

Вес немагнитной фракции, гр

Количество знаков золота, шт

Шлих 2

15.5

8.7

6.8

2

Шлих 3

7.9

2.4

5.5

-

Шлих 4

4.5

0.5

4.0

-

Шлих 5

12.4

7.1

5.3

2

Шлих 7

10.6

5.6

5.0

7

Сначала я обернула магнит в бумагу, чтобы легче было очищать его от намагниченных частиц. Далее я провела над бумагой стороной 1. К магниту притянулись самые сильномагнитные частички (рис. 4). Листочек с намагниченными частицами я отделила от магнита и положила на весы и взвесила (рис. 5). Полученный вес я записала в таблицу, а мама помогла мне рассчитать долю этой фракции в общей пробе.

Рисунок 4. Сильномагнитные минералы из пробы рудной зоны месторождения, притянувшиеся к магниту.

Рисунок 5. Взвешивание сильно магнитных минералов на лабораторных весах.

Далее я повернула магнит стороной 2 к пробе и повторила все действия. Для того, чтобы вытянуть еще менее магнитные минералы я использовала сторону 3, а потом сторону 4. Что же осталось у нас? В пробе 1 остались только немагнитные минералы, но их осталось мало, значит получилось очень быстро посмотреть, что золотинок среди них нет.

После этого я повторила все действия с магнитом и взвешиванием для остальных проб. В пробах 5 и 7 среди немагнитных минералов видны частички самородного золота (рис. 6). Время на их обнаружение ушло намного меньше, чем если бы их пришлось искать в ручье. Под микроскопом мы подтвердили, что увидели действительно частицы золота (рис. 7).

Рисунок 6. Золотинки среди немагнитных минералов (обведены в круг).

Рисунок 7. Частицы самородного золота размером около 1.0 мм.

Глава 4. Результаты эксперимента

Все результаты взвешивания я записала в таблицу. Мама помогла мне рассчитать долю каждой фракции в процентах в общей пробе и помогла мне построить объемные диаграммы на которых показано, сколько сильномагнитных, среднемагнитных, слабомагнитных и немагнитных минералов в шлихах. Полученные результаты показаны на рисунке 8. На диаграммах наглядно видно, как как сильно мы уменьшили объем пробы, отделив магнитные минералы, а значит упростили себе работу по поиску частичек золота.

Рисунок 8. Соотношение магнитных и немагнитных минералов в шлихах.

После измерений мы сделали еще одну проверку того, как отобрали сильномагнитные минералы. В эту группу относятся пирротин, магнетит, титаномагнетит. Они такие сильные по своим магнитным свойствам, что могут повернуть стрелку компаса. В геологических маршрутах бывают такие случаи, когда стрелка компаса начинает крутиться, значит рядом находится большое количество этих минералов.

Для проверки я взяла компас. Посмотрела куда смотрят стрелки (рис. 9). Когда я поднесла к компасу пакетик с магнетитом, стрелка начала двигаться (рис. 10). Значит я отделила сильномагнитные минералы правильно.

Рисунок 9 Расположение стрелок компаса.

Рисунок 10. Расположение стрелок компаса рядом с магнетитом.

Так же я еще раз проверила золото на магнитность, провела над выделенными золотинками магнитом. Они остались лежать на месте. Гипотеза подтверждается, золото не магнитится.

Заключение.

Полученные знания о магнитах и магнитных свойствах минералов, я проверила экспериментом. Гипотеза не подтвердилась. Несмотря на то, что магнит необходим при поисках месторождений золота, само золото не магнитится, и его магнитом не достанешь.

Моя работа является важной, потому что зная особенности магнитных свойств минералов можно делать важные наблюдения и полезные и интересные выводы в познании природы родного края. Как показано в моей работе, последовательное применение разных сторон магнита помогло найти золото очень быстро, несмотря на то, что само самородное золото не обладает магнитными свойствами. Для этого результаты своих исследований я рассказала ребятам из класса.

Чем дальше я занимаюсь этой темой, тем больше интересных вопросов возникает. Дальше я планирую разобраться с тем, отличается ли набор минералов на месторождениях золота, меди или железа, опираясь на какие свойства минералов ищут эти важные месторождения.

Список использованных источников и литературы

  1. Бетехтин А.Г. Курс минералогии : учебное пособие под ред. Б. И. Пирогова, Б. Б. Шкурского // 2-е изд., испр. и доп. — Москва: КДУ, 2010. — 736 с.

  2. Котятова Н. И. Большая энциклопедия в картинках // РОСМЭН, 2022 – 224 с.

  3. Спектор А.А, Тараканова М.В. Большая детская энциклопедия для самых любознательных. Я знаю всё! // Москва: Аванта, 2020. – 384 стр.

  4. Скиба Т.В. Большая детская энциклопедия в вопросах и ответах // Москва: Владис, 2021. – 160 стр.

  5. Скиба Т.В Энциклопедия для детей от 6 до 12 лет // Москва: Владис, 2020. – 160.

Просмотров работы: 10