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
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].
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]
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.
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.
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.
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.
Котятова Н. И. Большая энциклопедия в картинках // РОСМЭН, 2022 – 224 с.
Спектор А.А, Тараканова М.В. Большая детская энциклопедия для самых любознательных. Я знаю всё! // Москва: Аванта, 2020. – 384 стр.
Скиба Т.В. Большая детская энциклопедия в вопросах и ответах // Москва: Владис, 2021. – 160 стр.
Скиба Т.В Энциклопедия для детей от 6 до 12 лет // Москва: Владис, 2020. – 160.