Исследовательская работа «Воспроизводство малахита в Локтевском районе Алтайского края»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №1»

Исследовательская работа «Воспроизводство малахита в Локтевском районе Алтайского края»

Работу выполнила ученица 9 класса

Тарапатина Екатерина

Учитель биологии-химии

2012 г.

Тема работы «Производство малахита в Локтевском районе Алтайского края».

Цель: рассмотреть отходы АГОКА, как источник синтетического малахита.

Задачи:  1) изучить минералогический состав рудного тела Золотушинского 

  месторождения. 

  2)изучить химический состав малахита.

  3) изучить  механизм образования малахита в природе и школьной 

  лаборатории. 

Объект исследования: процессы, лежащие в основе получения малахита.

Актуальность: 1) В связи с тем, что истощены запасы  малахита, Локтевский район может стать поставщиком драгоценного камня на Российский рынок.

  2) Т. к. Локтевский район является дотационным районом в Алтайском крае, при решении вопроса воспроизводства малахита положительно, он может приносить прибыль.

Методы исследования: 1) Эксперименты в школьной лаборатории.

  2)  Анализ научной и научно-популярной литературы.

История Золотушинского рудника.

Золотушинский рудник был открыт в ХVII веке.

  Вторично был открыт в 30-х годах ХIХв группой геологов, возглавляемой Довгалем. Рудное тело залегает на глубине 300-400 м от поверхности земли. Оно богато халькоперитом, галенитом, пиритом, сфалеритом. В его состав входят 42 хим. элемента таблицы Менделеева, особенно много цинка, свинца, меди. В военные и послевоенные годы Второй мировой войны был построен Алтайский Горно-обогатительный комбинат, откуда обогащённую руду отправляли в г. Усть-Каменогорск. АГОК был одним из крупнейших комбинатов СССР. В 1997г. комбинат обонкротился и прекратил своё существование. Теперь на месте АГОКА руины, 2 хвостохранилища, отвалы руды и породы.

Наши походы.

На территории заброшенного комбината наше внимание привлекло образование малахита, азурита, лазурита в виде тонкого слоя на камнях.

Азурит - Cu2[CO3][OH]2, или 2CuCO3 ∙ Cu[OH]2. Название происходит от французского слова «азуре» - лазурный, голубой.

Химический состав. CuO 69,2% (Cu 55,3%), CO2 25,6%, H2O 5,2%. Кристаллы в химическом отношении довольно чисты. Из механических примесей, как редкий случай, в образцах из Березовского месторождения на Урале были установлены чешуйки вторичного самородного золота.

Цвет азурита темно-синий.

Диагностические признаки. Легко узнается по характерному синему цвету и ассоциации с малахитом и другими кислородными соединениями меди. Легко плавится, в восстановительном пламени дает королек меди. В кислотах растворяется с шипением. Растворяется также в аммиаке, окрашивая раствор в голубой цвет.

Происхождение. В небольших количествах почти постоянно встречается в парагенезисе с малахитом, часто отлагаясь после него. Нередко создаются условия, при которых он менее устойчив, чем малахит, и замещается последним. Известны псевдоморфозы малахита не обладает радиальноволокнистым строением, а представлен сплошной скрытокристаллической массой.

  Процессы образования малахита.

МАЛАХИТ - Cu2(OH)2[CO3]. «Малахе» по-гречески – мальва(растение). Очевидно, назван по сходству с цветом зелени.

  Химический состав: оксид меди 71.9%, оксид углерода 19.9%, вода 8.2%

Диагностические признаки: легко узнается по характерному зеленому цвету, часто наблюдаемым натечным формам и радиальноволокнистому строению.

Источником образования малахита являются медесодержащие минералы (халькопирит, самородная медь и др.). Халькопирит от греческого «халькос»-медь, «при»-огонь. Первое указывает на содержание меди, второе связано с характерной особенностью – давать искры при ударе, при этом выделяется сероводород H2S.

Халькопирит имеет металлический блеск, среднюю твердость (3.5-4), латунно-желтый цвет, черную черту.

Наиболее характерное происхождение – выпадение его из гидротермальных и пневматолитовых выделений магматических очагов.

В поверхностных условиях халькопирит довольно легко подвергается процессам хим. выветривания. Верхние части рудных жил содержат продукты его хим. разложения: малахит Cu2(OH)2[CO3], азурит Cu3(OH)2[CO3]2, лимонит Fe2O3 ∙ nH2O, медь самородная. CuFeS2 + 8O = CuSO4 + FeSO4 В результате данной реакции происходит окисление серы  (S-2 – S+6).

Далее под воздействием CO2 и H2O идет процесс образования карбоната

2CuSO4 + CO2 + 3H2O = Cu2[CO3] ∙ [OH]2 + 2H2SO4 малахит

3CuSO4 + 2CO2 + 4H2O = Cu3[CO3]2 ∙ [OH]2 + 3H2SO4 азурит

После образования молекул малахита и азурита идет укладка в кристаллическую решетку.

  Получение малахита в школьной лаборатории.

Для того, чтобы получить сульфид меди, который будет источником малахита, мы взяли сероводородную «грязь», нагрели и пропустили через фильтр, смоченный раствором CuSO4

  CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SO4

  На фильтре образовалось черное пятно – сульфид меди.

2.Поместили фильтр в дистиллированную воду, через которую пробулькивали кислород. Кислород получили в результате нагревания KMnO4

2 KMnO4 = O2 + K2MnO4 + MnO2

CuS + 4[O] = CuSO4 – раствор окрасился в цвет морской волны.

Через раствор CuSO4 пробулькали СO2, который получили в результате взаимодействия CaCO3 c HCI

CaCO3 + HCI = CaCI2 + H2O + CO2↑

2CuSO4 + CO2 + 3H2O = 2H2SO4 + Cu2(CO3) ∙ [OH]2

В растворе образовалась муть, затем осадок, который является «рыхлой формой» малахита.

Химический состав малахита.

Соскребли с поверхности породы образовавшийся слой малахита. Положили в пробирку, добавили раствор HCI

Cu2[CO3] ∙ [OH]2 + 2HCI = CuCI2 + CO2↑ + 2H2O

Произошло вспенивание малахита, что указывает его принадлежность к классу карбонатов.

Внесли малахит на хим. ложке в пламя сухого горючего. Малахит сплавился, образовался королек меди.
Нагрели малахит в стеклянной трубке, образуется вода и оксид меди.

Cu2[CO3] ∙ [OH]2 = CuO + H2O + CO2↑

       К малахиту прилили р-р HCI и р-р аммония (NH3) (в избытке). Раствор посинел.

  Воспроизводство малахита на территории Локтевского района. В связи с тем, что месторождения малахита исчерпаны на территории России (на мировой рынок он поступает из Заира), возможно их вторичное «рождение». Это связано с тем, что для их образования не нужны те невероятные температуры и давление, которые царят в земных глубинах, а нужно лишь создать соответствующие концентрации хим. элементов в ограниченном объеме – запустить природный механизм минералогии. 

Для его рождения нужно, чтобы рудное тело с первичной медной рудой рассекло толщу известняка. Проникающая в земную твердь вода вместе с растворенными в ней газами начинает окислять рудные минералы меди, переводя их в растворимое состояние сульфата меди, раствор просачивается в пористые известняки и там вступает в реакцию с карбонатом кальция. В результате такого взаимодействия появляется основной карбонат меди − малахит Cu2[CO3] ∙ [OH]2, который складывается в известковых пустотах красивыми слоистыми корками. Т. О, для образования малахита нужно сосредоточить в относительно большом объеме медь, углекислоту и воду.

В силу того, что в районе с Самарки есть карьер, где добывают известняк, возможно загрузить в одну из воронок – провал из поверхности, выхода известняка, шлаки (руду), содержащую медь. Далее все пойдет по естественному пути.

  Скорость роста минералов.

В лабораториях кафедры хим. термодинамики и кинетики Санкт - Петербургского университета и на кафедре минералогии геологического факультета были сделаны прямые наблюдения за ростом минералов:

гипс прирастает в сутки на 0,001 – 0,008 мм.

  кварц  —  0,3 мм. 

  гематит  —  до 50,0 мм. 

оливин  —  0,6 мм.        

арагонит  —  0,7 мм.

малахит  —  0,01 мм.         

  При благоприятных условиях 10 – сантиметровая толща малахита вырастает меньше чем за 30 лет. Затраты, которые пойдут для этого производства будут оправданы, т. к.  крохотная пластина малахита стоит очень дорого.

Воспроизводство малахита в Санкт-Петербурге.

Первая в мире установка для получения искусственного малахита создана Санкт-Петербургскими учеными. Её производительность 120 кг. В год. Себестоимость нового материала ниже цен расширения производства и совершенствования технологии. Годовой экономический эффект установки – 1,5 млн. руб. (данные 1987г). Синтетический малахит выпускается в виде плит площадью 0,5 м2 и толщиной до 25 мм2.

Свойства естественного и искусственного малахита.

Естественный и искусственный малахит практически неотличимы – у обоих один и тот же химический состав, кристаллическая структура, твёрдость и плотность. Идентичны даже спектры отражения в видимой области света. По всем своим свойствам синтетический малахит способен заменить природный камень в ювелирном и камнерезном деле.

Вывод: на территории Локтевского района есть все условия для воспроизводства малахита естественным путем, если приобрести установку, то и искусственным путем.

Использование малахита.

1. Отделочный материал.

2. Ювелирные изделия.

3. Предметы домашнего обихода: шкатулки, столики.

4. Изготовление красок.

Литература.

статья « Искусственное месторождение» Ж. «Химия и жизнь» №3, 1984г.

«Курс минералогии»,  Москва 1956г.

«Минералогия и петрография». «Просвещение» Москва 1964г.