Асия Ежкова - Технология использования бентонитовых глин в качестве сорбентов солей тяжелых металлов из организма животных в регионах техногенной нагрузки Республики Татарстан

В настоящее время известно около тысячи месторождений цеолитов осадочного и вулканического происхождения в различных частях земного шара (A. Russell, 1988; M. O'Driscoll, 1992; Kendall T., 1994; M. Khan, 1997; M. Sailer, 1999; M.Regueiro et al., 2000).

На территории бывшего СССР открыты большие запасы (свыше 15 млрд. т) природных цеолитов, залегающих в виде мощных туфогенно-осадочных пород. Разведанные ресурсы цеолитов на территории России составляют 8-10 млрд. т. Наиболее крупные месторождения вулканического происхождения находятся в Сибири и на Дальнем Востоке. В последние годы обнаружены залежи цеолитов осадочного происхождения в европейской части России и на Урале, но разведка их только начинается. Крупное месторождение сырья (120 млн. т) открыто в 1990 году на территории Республики Татарстан вблизи села Татарские Шатрашаны Дрожжановского района.

Известно около 30 минеральных видов и разновидностей природных цеолитов, образовавшихся при различных геологических процессах. Практическое значение для народного хозяйства имеют клиноптилолит, морденит, мабазит; ведутся исследования по определению областей применения филлипсита и анальцима.

Среди цеолитовых пород выделяются богатые (содержание в породе более 70 %), средние (50-70) и бедные (менее 50 %) по содержанию цеолита. Известно, что основные месторождения высококачественных цеолитов, а также производственные мощности по их обработке в настоящее время находятся либо за пределами России – в Закарпатье, Грузии, Азербайджане, либо приходятся на Дальний Восток и Сибирь, что создает определенные трудности в вовлечении продукции на их основе в экономику Европейской части России (Мдивнишвили О.М., 1979; В.В. Байраков, 1986; Г.В. Сафронов, 1988; И.А. Чонка и др., 1989; Т.Н. Джен, 1991; С.Н. Амелин и др., 1992).

К первой группе относятся высококачественные (содержание цеолита в породе – не менее 70 %, глинистого минерала не более 10 %), основной минеральный тип: морденит, клиноптилолит.

Ко второй группе относятся среднекачественные (содержание цеолита в породе – 60-70 %, глинистого минерала не более 15 %), основной минеральный тип: клиноптилолит, клиноптилолитгейландит.

К третьей группе относятся средне- и низкокачественные (соответственно для среднекачественных содержание цеолита в породе не менее 60 %; для низкокачественных суммарное содержание цеолита, опалкристобалита монтмориллонита не менее 50 %, глинистого минерала не более 24 %), основной минеральный тип: клиноптилолит, смешанные породы. Благодаря разнообразию вещественного состава и физико-химических свойств природные минералы относятся к сырью многоцелевого назначения и применяются практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства.

В промышленности цеолиты применяют при сушке и очистке газов, сточных вод, для обезвоживания органических жидкостей, как наполнители для бумаги, обогащения воздуха кислородом и т.д. (D.B.Hawkins, 1984; Hemken R.W., 1984).

В сельском хозяйстве с помощью цеолитов можно решать многие задачи. Они способны улучшать плодородие почвы, снижать уровень токсических веществ и тяжелых металлов в растениях и зерне (Петункин Н.И. , 1990; Улитько В.Е., 2001). В последние годы появились сообщения об использовании цеолитов как кормовой добавки, стимулирующей рост и продуктивность сельскохозяйственных животных, лечебно-профилактического препарата, а также средства, существенно улучшающего экологию содержания животных и рабочих мест обслуживающего персонала.

Таким образом, исторические данные свидетельствуют о том, что природные цеолиты давно привлекают внимание исследователей разных направлений. Биологическая активность и эффективность использования цеолитов зависят от вида животных, состава рациона, дозы применения, месторождения и других пока малоизученных факторов (K.S. Deffeyes, 1978; F. Letther, 1989; I. Lichvar, 1983).

Установлено, что добавление цеолитов в рационы различных видов сельскохозяйственных животных, птиц, рыб и пушных зверей способствует росту продуктивности и снижению затрат кормов на единицу продукции, повышению ее качества, увеличению сохранности молодняка, а также цеолиты крайне необходимы для животного организма, так как они принимают активное участие во всех обменных процессах организма (U. Jacobi, 1986; Чамуха М.Д., 1987).

Бентониты представляют собой тонкодисперсные высокопластичные горные породы смектитового состава и обладают (в различной степени) связующими тиксотропными и адсорбционными свойствами. Обычно это плотные, вязкие, жирные на ощупь породы с оскольчатым или полураковистым изломом самых разнообразных цветов – от белого до черного (обычно голубые, зеленые и желтые тона); с водой образуют гель. В воде бентониты набухают (щелочные) или распадаются на мелкие частицы (щелочноземельные) (Ш.Б. Батталова, 1980; В.В. Наседкин, 2001).

По данным ряда авторов (Л.В. Краснова, 1980; М.С. Мерабишвили, 1979) к истинным бентонитам, в соответствии с требованиями современной промышленности, относятся монтмориллонитовая глина, в которой содержание монтмориллонита (ММ) более 70 %. Если глина на 80-90 % состоит из смешаннослойных минералов, в которых содержание монтмориллонитовых слоев превышает 70 %, то ее также можно относить к бентонитам, но с несколько другим названием: гидрослюдистый или калиевый бентонит. Все глины, в которых содержание ММ менее 70 % или вместо ММ присутствует нонтронит или какой-либо другой минерал из группы смектитов, следует относить к бетонитоподобным глинам или «бентоноидам» (Н.В. Кирсанов, 1961; М.С. Мерабишвили, 1979; А.А. Сабитов, 1990).

Кроме ММ в глине могут присутствовать такие минералы как кварц, минералы группы каолинита, гидрослюда, слюда, полевой шпат, пирит, гематит, гетит и другие минералы.

В зависимости от состава обменного комплекса различают щелочные и щелочноземельные бентониты. Высокое содержание монтмориллонита в щелочных бентонитах обуславливает наличие множества активных центров, поэтому такие бентониты наиболее пригодны для использования в качестве адсорбентов. Щелочноземельные бентониты монтмориллонитового и монтмориллонитового маложелезистого минеральных типов по адсорбционной активности близки щелочным аналогам. Они имеют высокое содержание ММ, низкое содержание примесей, даже в естественном виде обладают каталитической и сорбционной активностью (М.С. Мерабишвили, 1997; B.G. Stephenson, 1992).

Разработана промышленная классификация бентонитового сырья, в которой все бентониты с высоким содержанием монтмориллонита разделены на три группы (У.Г. Дистанов, 19911998): бентониты для окомкования и буровых растворов; литейные бентониты; бентониты-адсорбенты.

В первую группу включены бентониты, имеющие набухаемость от 15 и выше. Все эти бентониты отличаются высоким содержанием монтмориллонита, более 80 %. Сумма обменных катионов превышает 75 мг-экв/100 г. Монтмориллонит, как правило, имеет Na-форму от природы или после активации. Из подобного бентонита могут быть получены не офлюсованные окатыши при содержании глинистой связки порядка 0,3-0,5 %, а также высокодисперсные буровые растворы. В первую группу входят: греческий (о-в Милос), индийский (западное побережье Индии), Асканское (Грузия), Таганское (Казахстан) и Огланлинское (Туркмения). Весьма близки к первой группе также бентониты некоторых участков Даш-Сахалинского и Сари-Гюхского месторождений (Азербайджан и Армения соответственно) (Грабовенский И.И. с соавт., 1984; Д.Г. Козманишвили и др., 1980).