автор: Янов В.П.
Сапонитовые глины — это уникальные природные образования, промышленные залежи которых впервые в мировой практике были открыты в Украине, в северной части Хмельницкой области. Они представлены аргиллитоподобной пестрой корой выветривания туфов, основного состава берестовецкой свиты венду. Варваровское месторождение сапонитовых глин является единственным в Украине. Оно также является крупнейшим, наиболее разведанным, изученным и перспективным для промышленной разработки сапонита в мире.
Сапонит – природный сорбент, обладает высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтрационными свойствами. Порода сапонита – аргиллитоподобный минерал темно-красного, иногда темно-рыжего цвета, без запаха и вкуса.
Минерал сапонит относится к группе триоктаэдрических магниевых смектитов, с относительно крупной кристаллической решеткой. Сапонит Варваровского месторождения является разновидностью обширного семейства бентонитов и относится к группе монтмориллонитов, с более высоким содержанием магния MgO, в котором алюминий Al3+ почти полностью замещен на магний Mg2+, а кремний Si4+, частично замещен Al3+.
Содержащийся в сапоните MgO (в пределах 10%) играет важную роль в сотнях биологических реакций, таких как образование различных органических соединений. Участвует в работе сердечной мышцы и сосудистой системы, центральной и периферической нервной систем, органов пищеварения и др.
Кристаллическая структура минералов группы монтмориллонитов-сапонитов состоит из двух слоев ненасыщенных форм: двух тетраэдрических решеток SiO2 и одной октаэдрической решетки, расположенной между ними и которая содержит, в основном, Al, Mg, Fe по типу 2:1. Между этими тремя слоями кристаллической решетки может происходить изоморфный обмен. Поэтому минералы группы монтмориллонитов обладают высокими адсорбционными и ионообменными свойствами. Минералы группы монтмориллонитов имеют катионно-обменную способность 50-100 мг/экв. Емкость катионного обмена сапонита значительно больше, чем трепела и глауконита и составляет 0,68 мг/экв/г.
Известно, что слоистые силикаты вследствие достаточно большой емкости катионного обмена и высокой избирательной активности к ионам больших размеров, являются перспективными природными сорбентами для очистки сточных вод от ионов аммония и калия, радиоактивных вод, а также сточных вод промышленных предприятий от ионов тяжелых металлов.
Сапонит проявляет повышенную избирательность, как селективный сорбент, к ионам щелочных металлов больших размеров и аммонию. В качестве ионообменника активированный сапонит может эффективно извлекать из воды ионы свинца, стронция, кадмия, аммония, радиоактивного цезия и др.
Сапонит Ташковского участка имеет следующий химический состав:
- SiO2 — 42,9-48,3%
- TiO2 — 1,3%
- Al2O3 -12,42-13,52%
- Fe (общ.) — 9,7-10,3%
- Fe2O3 — 8,81-13,3%
- FeO — 1,2-4,65%
- MgO — 8,2-10,91%
- Mn2O7 — 0,21%
- CaO — 1,69-3,13%
- Na2O — 0,06-2,88%
- K2O — 0,96-1,7%
- S (общ.) — 0,004%
- P2O5 — 0,124%
- CO2 — 0,58-0,72%
- Влага -8,45-8,47%
Также сапонитовые глины Ташковского участка Варваровского месторождения содержат следующий набор микроэлементов (обнаружено спектроскопически):
- скандий — 0,0015-0,0032%
- бериллий — 0,001%
- молибден — 0,0005%
- свинец — 0,0005%
- галлий — 0,00063-0,0012%
- ниобий — 0,0001%
- висмут — 0,025%
- барий — 0,0015%
- лантан — 0,0025%
- цинк — 0,0047%
- цирконий — 0,012-0,02%
- хром — 0,05-0,08%
- таллий — 0,00002%
- олово — 0,00015%
- литий — 0,002%
- медь — 0,004-0,008%
- платина — 0,002%
- золото — 0,000002%
- иттрий — 0,00012%
- кобальт — 0,004%
- ванадий — 0,0015-0,0032%
- германий — 0,00012%.
Физические характеристики сапонита:
- удельный вес — 2700-3150 кг/м3;
- насыпной вес – 960 кг/м3;
- коллоидность — 11,7-12,2%;
- органические добавки — 0,16%;
- набухание — 5,6%;
- пластичность — 28,4%;
- связанная вода — 25,9%;
- скорость капиллярного просачивания — 0,08 см/сек;
- огнестойкость 1280-1300 ºС;
- РH — 7,6;
- электрокинетический потенциал при РН = 6-7;
- адсорбция по Сs 134 — 99,5%.
- адсорбция по Sr 90 — 59%
Важную роль в повышении эффективности использования сапонита выполняют некоторые ультраэлементы. Например, литий, содержание которого в сапоните колеблется от 0,0002 до 0,00033%, входит в состав крови, тканей и органов животных. Избыток Na и K из организма выводится с мочой, а ионы лития способствуют транспортировке натрия в клетки и ткани. Его соли благоприятно действуют на нервную систему, устраняют стрессы. Хром, который содержится в сапоните в пределах 0,05-0,08%, выполняет важную роль в кроветворных процессах и учувствует в системе ферментации, принимает участие в процессах обмена глюкозы. Молибден является активатором в некоторых процессах ферментации. Накапливается в печени, почках и железах внутренней секреции. Многие макро- и микроэлементы являются жизненно необходимыми для живых организмов. Например, кремний, находящийся в организме животных в ничтожно малых количествах, является после кислорода, наиболее связанным с биосредой элементом.
В сапоните находится, например, редчайший элемент германий, который регулирует все клапанные системы пищеварения, перистальтики и венозной системы. Золото и платина, присутствующие в сапоните в коллоидной форме, выполняют роль бактерицидов. Висмут также выполняет важную роль, как бактерицид. Он действует как агент против вздутия и диареи, образует пленку на поверхности пищевода, которая защищает его от раздражений.
Это далеко не полный перечень благоприятного влияния микроэлементов, находящихся в сапоните, на живой организм. Анализ 80 образцов сапонита продемонстрировал отсутствие в его составе токсичных и радиоактивных элементов: мышьяка, кадмия, таллия, цезия, урана и др.
С позиций эколого-геологической оценки имеются основания считать, что сапонитовые породы Варваровского месторождения являются экологически чистым минеральным сырьем.
Минерал в мире считается малораспространенным и имеет ограниченное применение из-за отсутствия крупных месторождений. Известны, например, жилы мощностью от 10 до 30 см в Японии (рудник Вакаматсу), залежи сапонита в Великобритании (мощность жилы 1-5 см). Из 23-х химических анализов разведанных залежей сапонита, взятых в различных местах земного шара (в порядке уменьшения содержания магния), сапонит Варваровского месторождения содержит его наименьшее количество. Уникальность Варваровского месторождения, в частности, состоит еще и в том, что впервые в мире было открыто и подробно изучено столь крупное месторождение сапонита на Украине, тем более оказавшееся экологически чистым.
Сфера применения сапонита очень широкая. Этот минерал может быть использован:
- в производстве комплексной минеральной добавки к кормам. Добавка способствует повышению эффективности откорма КРС, свиней, птицы и других животных;
- для повышения урожайности кукурузы, озимой пшеницы, сахарной свеклы;
- для детоксикации техногенно и радиационно-загрязненных грунтов;
- для очистки молока, молокопродуктов и др. жидких пищевых продуктов от солей тяжёлых металлов и радионуклидов;
- для получения лёгких пористых наполнителей;
- как мелиорант комплексного действия для супесчаных и дерново-подзолистых почв;
- для природного раскисления почв, приведения уровня pH к нейтральному;
- как природный консервант для силосных кормов;
- как средство для увеличения сроков хранения корнеплодов;
- для природного консервирования влажного зерна кукурузы, пшеницы, ячменя и др.;
- как сырье для производства медикаментов (БАДы и адсорбенты). Сапонит способствует выведению радионуклидов из организма человека, животных и растений;
- как сырье для окомковывания железорудных концентратов.
За последние 25 лет в Украине выполнен большой объем научно-исследовательских работ по комплексному изучению сапонитовых глин, обнаруженных и исследованных геологом Грициком В.Е., в результате которых сложились условия для организации промышленного производства сапонитовой продукции и её использования в различных областях агропромышленного комплекса, охраны окружающей среды, промышленности и медицины.
В процессе проведения геологоразведовательных и прикладных исследований стали образовываться различные по направлениям научно-производственные центры в Киеве, Львове, Днепропетровске, Виннице, Хмельницком, Житомире, Симферополе и других городах, для которых сапонит стал объектом глубоких системных исследований.
В каждом таком центре разрабатывались современные, эффективные и экономически целесообразные технологии по практическому применению и использованию сапонитовой продукции в животноводстве, растениеводстве, земледелии, деинтоксикации грунтов, повышению урожайности зерновых и технических культур, а также восстановлению техногенно-загрязненных объектов и сред.