VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Физические свойства глины окрестностей села Златоуст

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Плотников Д.С. 1

---

1МКОУ Тогучинского района "Златоустовская основная школа"

Драждецкая Л.И. 1

---

1МКОУ Тогучинского района "Златоустовская основная школа"

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Глина есть повсюду. И если алмазов, желтого металла или черного золота кое-где не хватает, то глины хватает везде. Что, в общем, неудивительно - глина, осадочная порода, это камень, потертый временем и внешним влиянием до состояния порошка. Последняя стадия эволюции камня. Камень-песок-глина.

  Ранее глину добывали по берегам рек и озер. Или копали специально под нее яму[3]. Я обратил внимание, что глина в окрестностях нашего села Златоуста встречается разного цвета. А чем, кроме цвета, отличается глина? Как давно использует человек глину и какие свойства глины наиболее ценны? Вопросы заданы, попробую найти ответы.

Тема исследовательской работы: «Физические свойства глины окрестностей села Златоуст»

Актуальность: Глины много и разной, но о ее свойствах и применении мы знаем мало.

Гипотеза: Если глина разного цвета, она может отличаться и другими свойствами.

Цель: Освоить методику и опытным путем определить, какими физическими свойствами обладает глина окрестностей села Златоуст.

Задачи:

- найти и изучить информацию о глине (свойства, историю применения и современное использование);

- найти методики по определению физических свойств глины;

- провести исследования и сравнить свойства разной по цвету глины;

- предположить пути использования нашей глины.

Предмет исследования – определение физических свойств разных видов глины:

определение пластичности глины

определение содержания песчанистых примесей и «жирности» глины

выявление отличия бентонитовых глин от каолинитовых

исследование адсорбционных свойств глины

исследование антимикробных свойств глины

Методы исследования – анализ литературы по исследуемой теме, методы экспериментального исследования образцов глины, доступные для моего уровня.

1.1 Состав глины

Глина — это мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глины являются одним из наиболее распространенных типов горных пород, слагающих до 11% всего объема земной коры. (Приложение 1рис1)

  Глина появилась на земле много тысяч лет назад. Ее «родителями» считаются известные в геологии породообразующие минералы — каолиниты, шпаты, некоторые разновидности слюды, известняки и мраморы. При определенных условиях даже некоторые виды песка трансформируются в глину. Все известные породы, имеющие геологические выходы на поверхности земли, подвержены влиянию стихий — дождя, вихревой бури, снегов и паводковых вод.[4]

Глина состоит из мельчайших кристаллов. Эти кристаллы формируют глинообразующий минерал класса силикатов — каолинит. Его состав: 47% оксида кремния IV (SiO2), 39% оксида алюминия (АL2О3) и 14 % воды (Н20).

Цвет глины зависит от соотношения примесей, которые входят в её состав (оставшихся при разрушении магматических горных пород): железо и кальций, калий, медь, алюминий, кобальт, кадмий, сера и ее соли, при отсутствии в составе глины оксида железа она приобретает белый цвет.

Все цвета, кроме черного, коричневого и красного, говорят о глубинном происхождении глины. [4] (Приложение 1рис2)

1.2 Свойства глины

  Сухая глина хорошо поглощает воду, но намокнув, становится водонепроницаемой. После переминания и перемешивания она приобретает свойство принимать различные формы и сохранять их после высыхания. Такое свойство называется пластичностью. К тому же глина обладает связывающей способностью: с порошкообразными твердыми телами (песок) дает однородное "тесто", также обладающее пластичностью, но уже в меньшей степени. Очевидно, что чем больше в глине примеси песка или воды, тем ниже пластичность смеси. (Приложение 1рис 3)

Важным свойством глины является ее отношение к обжигу и вообще к повышенной температуре: если замоченная глина на воздухе твердеет, высыхает и легко вытирается в порошок, не претерпев при этом никаких внутренних изменений, то при высокой температуре происходят химические процессы и состав вещества меняется.

  При очень высокой температуре глина плавится. Температура оплавливания (начала плавления) характеризует огнеупорность глины.[4]

1.3 История применения глины

Интерес к глине и изделиям из нее появился у людей примерно около 10-16 тысяч лет до нашей эры. Не единожды проводимые раскопки археологов в Европе, Азии, Африке и Америке позволили получить богатейшие сведения для исследования этой творческой области человечества[6].

Среди первых работ были различные предметы быта: горшки, кувшины, крынки, посуда для ритуальных церемоний и так далее. Через некоторое время глина внедрилась в строительное дело, ее стали применять для производства кирпича и черепицы. Параллельно в этот же период ремесленники научились наносить на глиняные изделия разнообразные рисунки красками. Это помогло изделиям из глины стать предметами искусства.[1] (Приложение 2рис 4)

Спустя некоторое время, человек совершенно случайно обнаружил, что глина под действием тепла становится подобна каменным изделиям. Именно такой прочности ей и не хватало. Так наступил новый этап развития глиняного искусства, включающий в себя обжиг готовых предметов. Изделия из глины, подвергнувшиеся обжигу под действием высоких температур, стали носить название керамики. В настоящее время этот термин используется применительно ко всем глиняным предметам. С наступлением этого периода глиняные вещи стали не просто красивыми, но и практичными[1].

Первая в мире тетрадь — это пластинка из необожженной глины, на которой писали гусиным пером или палочкой из тростника (Приложение 2рис 5)

Смешивание глины с соломой, природным легким, но прочным материалом, армирует конструкцию, делает её более лёгкой, прочной и усиливает теплоизоляционные свойства стен и потолков, превращая их в своеобразные теплоаккумуляторы, которые, накапливают днём тепло, не дают жаре проникнуть в жилище, а ночью, наоборот, отдают тепло[6] (Приложение 2 рис 6)

1.4Практическое использование глины в современном мире

На основе полученной информации я узнал, что глина используется в различных отраслях промышленности (Приложение 2рис1-5).

1.5 Добыча глины

В России добыча глины распространена повсеместно, отличается только видами сырья. Основной способ добычи глины – карьерный.

В Новосибирской области балансом учтено 166 месторождений с суммарными запасами 146,7 млн. м³. Более половины эксплуатируемых запасов  перерабатываются  на заводах г. Новосибирска, Маслянино, Черепаново.

В Тогучинском районе на государственном балансе числятся одно месторождение огнеупорных и одно месторождение тугоплавких глин.

2. Основная часть

2. 1 Проведение полевых исследований

Следующим этапом моей работы было проведение полевых исследований, т.е. отбор проб глин для исследования.

Для поиска использовались внешние признаки, указывающие на наличие месторождений глин – склоны, овраги, где глина имела выход на поверхность, или вырыты ямы для забора глины местным населением. Были отобраны три пробы глины в окрестностях села Златоуст. (Приложение 3,фото1,2)

Места отбора образцов указаны на карте и пронумерованы.

№3

№1

№2

Образец №1 - желтая глина ( правый склон «лесного»)

Образец №2 - серо-коричневая глина (левый берег «водопада»)

Образец №3 - коричневая глина(спуск к реке Ине)

2.2 Исследование физических свойств глины доступными способами

Для углубленных лабораторных испытаний глин отобранные пробы направляются в геологическое управление, либо в другую исследовательскую организацию, занимающуюся изучением минерального сырья, и в частности глин. Здесь исследуются минеральный состав отобранных проб, их химический состав и все важнейшие физические и технические свойства глин.

Но существуют возможности предварительной оценки некоторых свойств глины.

За основу определения физических характеристик глинистого сырья взят метод Б.И. Рутковского[2]

Исследование внешних качеств и пластичности глины

Определил визуально внешние качества глины: цвет, рыхлость (Приложение 4 таб 1). Для того, чтобы оценить пластичность глины того или иного сорта глины необходимо скатать жгуты и изогнуть их, получив плотно свёрнутую петлю или круг. Глина с высоким содержанием шамота растрескается и «раскроется», тогда, как более пластичные сорта глины будут выдерживать изгиб без видимых следов растрескивания. Проба на пластичность – кольца формируются без трещин. (Приложение 4,фото 1-3)

Вывод: все образцы обладают пластичностью, образец №3- небольшие трещины на сгибах.

Исследование содержания песчанистых примесей и «жирности» глины

Отвесить на весах образцы глины массой 33г и поместить навеску в колбу на 100мл. Добавить в стакан 50мл воды, размешать и дать отстояться 5 минут. Слить с осевшего песка мутную жидкость. Повторить действия 2 – 3 до тех пор, пока сливаемая жидкость не станет почти прозрачной. Подсушить осевший песок и прокалить в выпарительной чашечке на горелке с сухим горючим. Определить его массу на весах(Приложение 4,фото4-7). Произвести расчеты.

Диаграмма. Содержание песчанистых примесей в %

Для качественной оценки «жирности» сравнить процессы осаждения различных сортов глин. «Жирные» глины оседают медленно, «тощие» — быстро. Отвесить на весах образец глины массой 25г. Поместить навеску в химический стакан на 100мл, добавить воды до отметки 50мл и хорошо размешать стеклянной палочкой. Наблюдать процесс осаждения частиц глины(Приложение 4,таб2)

Выводы:По содержанию песчанистых примесей выделяется образец №3-33,9%, образец №1- 15,7% , образец №2 содержит 16,4%.

Образцы № 1(желтая) и №2(серо-коричневая) смачиваются водой плохо и долго не оседают, мылкие на ощупь- признаки «жирной глины», образец № 3(коричневая)- смачивается водой хорошо и оседает на дно быстро, значит глина «тощая».

Исследование на отличие бентонитовых глин от каолинитовых.

Можно отличить на месте бентонитовые глины (образующим их минералом является монтмориллонит) от каолинитовых. Для этого небольшой кусочек исследуемой пробы погружается в воду (на блюдце). Каолинитовая глина вскоре совершенно распустится, образуя маленький конус, а бентонитовая, не распускаясь, начнет быстро увеличиваться в объеме, долгое время сохраняя первоначальную форму взятого куска(Приложение 4,фото 8,9).

Вывод: по итогам исследования образец №3 – каолинитовая, №1- бентонитовая, №2- ближе к бентонитовой.

Исследование адсорбционных свойств глины

Поместить образец подсушенной глины массой 10г в ступку и тщательно измельчить его и прокалить при температуре 150 – 180° в течение 10 – 12 минут для увеличения поглотительной способности. Просеять прокаленный образец через крупное сито. В воронку поместить кусочек ваты и насыпать слой глины высотой 0, 5см. Слегка утрамбовать глину. Закрепить собранный таким образом сорбционный патрон вертикально над химическим стаканом (штатив, лапка). Налить в трубку небольшими порциями раствор перманганата калия розового цвета и ждать, когда фильтрат соберется в стакане(Приложение4,фото10-14). Сравнить цвет фильтрата с цветом исходного раствора перманганата калия и время, за которое весь раствор пройдет через сорбционный патрон( Приложение 4,фото15).

Вывод: по результатам наиболее высокие адсорбционные свойства проявились у образца №2- фильтрат прозрачный, образец №1-фильтрат слабо окрашен, образец №3-фильтрат окрашен интенсивно - адсорбционные свойства не проявились.

Исследование антимикробных свойств глины

Налить в емкости молоко. Положить на дно емкостей образцы глины массой 5-10 г, одна емкость(контроль) –с молоком без глины. Оставить емкости в одинаковых условиях и контролировать состояние молока несколько раз в день на протяжении нескольких дней. По результатам исследования через 32 часа прослеживался кислый запах молока в образцах №3, №1 и в стакане без глины. В стакане образец №2 кислого запаха не было(Приложение4,фото15).

Вывод: антимикробные свойства выражены у образца №2.

3. Заключение

В результате проведенной работы я:

Изучил состав глины, ее основные свойства, историю и современное использование:

-глина относятся к осадочным породам и является продуктом выветривания горных пород;

- глина представляет собой горную породу, очень сложную и непостоянную как по составу входящих в неё минералов, так и по физическим технологическим свойствам;

- глина ценна физическими свойствами: 1) в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто; 2) способностью набухать в воде; 3) пластичностью глиняного теста, т. е. способностью его принимать и сохранять любую форму в сыром виде; 4) способностью сохранять эту форму и после высыхания и обжига; 5) клейкостью; 6) связующей способностью.

Провел физический анализ образцов глины, отобранных в окрестностях села Златоуст.

В результате проведенных экспериментов, установил:

образец №1 – желтая глина – «жирная», обладает высокой пластичностью. В ней мало содержится песчанистых примесей. Это качество глины является положительным при использовании ее для лепки, в гончарном ремесле, лечебных целях. Адсорбционные свойства- средние, фильтрат не прозрачный, хотя время было затрачено много( более 3-х часов);

образец №2 – серо-коричневая глина по «жирности» - средняя, хотя песчанистых примесей немного, пластичная, как и образец №1, может использоваться в гончарном деле, для лечебных целей. Очень высоки адсорбционные свойства - фильтрат чистейший, время фильтрации около 4-х часов. Может использоваться для очистки различных веществ. Антибактериальные свойства среди трех образцов у нее проявились выше, чем у №1и №3;

образец№3- коричневая глина оказалась тощей - оседание прошло быстро, она содержит значительное количество песчанистых примесей(около 34%). Она является прекрасным строительным сырьем, можно использовать для изготовления строительных растворов, печных работ. Адсорбционные свойства низкие, фильтрат почти по цвету как контроль, время фильтрации -10 мин.

Исходя из результатов моих исследований гипотеза о различии в свойствах глины разного цвета не подтвердилась. Глины, разные по цвету, могут обладать как одинаковыми, так и разными физическими свойствами, т.е. цвет глины не является основным критерием при определении физических свойств глины:

- образец №1 (желтая глина) и образец №2(серо-коричневая) – разного цвета, но обе пластичные и «жирные», с малым содержанием песчанистых примесей, бентонитовые глины;

образец №2(серо-коричневая) и образец №3 (коричневая)- по цвету очень похожи, но образец №3 «тощая», с высоким содержанием песчанистых примесей, каолинитовая глина;

- высокие адсорбционные и антибактериальные свойства выявились только у образца №2.

Список использованных источников и литературы

1. Августиник А.И. Керамика. - Л.: Стройиздат, 1975. – 590 с.

2. Книгина Г.И., Вершинина Э.Н., Тацки Л.Н. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей. - М.: Высшая школа, 1977. – 208 с.

3. Соколов В.Н. Глинистые породы и их свойства, 2000

4. Грунтоведение / под редакцией Е.М. Сергеева. М.: Издат-во МГУ, 1983

5. Целительная глина (Серия «Лечебник») Новосибирск: ИД «РИФ-плюс», 1999. – 128с.

6. http://lepnj.narod.ru/Status/Glina.html.

Приложения

Приложение 1

Рис.1 Внешний вид глины Рис.2 Разнообразие глины по цвету

Рис. 3 Пластичное свойство глины

Рис.4 Керамический сосуд Рис.5 Пластинка для письма Рис.6 Дом из глины

Приложение 2

Рис.1 Гончарное производство Рис.2 Производство керамзита

Рис.3 Производство цемента

Рис.4 Техническая керамика Рис.5 Лечение глиной

Приложение 3

Фото1,2 Заготовка образцов глины

Приложение 4

Фото 1 Приготовление глиняного теста Фото 2 Формирование шарика

Фото 3 Образцы-пробы глины на пластичность

Фото 4Навеска образцов глины Фото 5 Приготовление взвеси

Фото 6 Промывание образцов Фото 7 Взвешивание песчанистых примесей

Таблица 2

Содержание песчанистых примесей и «жирности» глины

№1

№2

№3

Фото 8,9 Определение бентонитовых и каолинитовых глин

Фото 10,11 Измельчение образцов глины для исследования адсорбционных свойств

Фото 14Установка сорбционных патронов Фото 15 Раствор после фильтрации

Фото 16 Исследование на антимикробные свойства