CC BY
64
УДК 622.65 Д.В. Тюльнин
К ВОПРОСУ О ПРИОРИТЕТНЫХ СФЕРАХ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШУНГИТОВОГО СЫРЬЯ
Рассмотрены аспекты практического использования шунгитового сырья.
Ключевые слова: шунгитовые породы, радиоэкранирующие свойства, шунгитоуглеродные гемосорбенты, шунгитовые сорбенты, шунгитовые биосенсоры, шунгитовые электроды.
Семинар № 7
Ж Ж Жунгитовые породы Карелии
Я я Я привлекают внимание исследователей своими уникальными свойствами уже на протяжении более двух столетий, а в последние три десятилетия идёт интенсивное изучение тонкой структуры этих пород с использованием современных структурно-чувствительных методов. Интенсифицировались работы по добыче этого ценного сырья и поиск новых сфер практического использования. В печати появилось огромное число публикаций утилитарной направленности, значительная часть которых систематизирована в сборниках конференций и других изданиях, посвящённых практическому использованию шунгитоносных пород [1-4]. Предприятия-производи-тели шунгитово-го сырья, заинтересованные в увеличении сбыта своей продукции и теряющиеся в этом потоке информации, зачастую поспешно внедряют шунгит в самые различные сферы народного хозяйства, нерационально используя это ценное сырьё, что не способствует реализации его истинных потенциальных возможностей.
Цель настоящей публикации - акцентировать внимание на особенностях тонкой структуры шунгита, выявленных в последние годы, и обусловленные этими особенностями уникальные свойства этой породы, а также изложить своё видение
приоритетных направлений использования шунгитового сырья.
Анализ накопленного экспериментального материала по исследованию шунгитовых пород, последних достижений по изучению тонкой структуры их органической составляющей, а также данных по практическому использованию шунгитового сырья дают основание выделить особую - стратегическую категорию этих пород, которые следует использовать только в наукоёмких и нанотехнологиях.
Шунгитовые породы - это природные композиционные наноматериалы, состоящие из аморфной углеродной матрицы (органическое вещество), в которой равномерно распределены высокодисперсные кристаллические частицы неорганической природы (главным образом силикаты). Органическое вещество имеет аморфную метастабильную, неграфитизи-рованную структуру, состоящую из фул-леренов и фуллереноподобных образований. «Сердцем» органического вещества является глобула размером 10-30 нм с луковичной структурой, устойчивая против фазовых переходов аморфного углерода в кристаллические формы (графит, алмаз). Содержание углеродного вещества в шун-гитовой породе может быть от нескольких долей процента до 98-99 мас. %.
Именно органическое вещество с сердцевиной из глобул, образуемых фул-леренами и фуллереноподобными нано-дисперсными структурными элементами, ответственно за уникальные свойства шунгитовой породы, а не кристаллические вещества различных фаз неорганической природы. Неорганическая составляющая делает шунгитовую породу биполярной, благодаря чему порода может легко смешиваться с веществами как органической, так и неорганической природы, открывая тем самым широкие возможности для создания высоконаполнен-ных композитов с различными связующими (полимерами, портландцементом, гипсом, цементом Сореля и др.). Однако такие уникальные свойства как электропроводность, экранирование электромагнитных излучений, окислительно-восстановительные свойства, сорбция и т.д. придаёт шунгитовым породам органическая часть, а сопутствующие минеральные вещества породы лишь модифицируют эти свойства. Поэтому мы считаем совершенно правильным, что при классификации шунгитовых пород
П.А.Борисовым [5], Галдобиной Л.П., Горловым В.И., Калининым Ю.К. [6] за основу берётся углеродная составляющая.
С наличием в шунгитовых породах фуллереновых и фуллереноподобных образований связаны все специфические свойства шунгита. Углеродная матрица шунгитовой породы придаёт ей свойство электропроводности, а также радиоэкранирующие свойства. Шунгитовые композиционные материалы способны обеспечить ослабление электромагнитной энергии в диапазоне более 100 МГц на уровне 100 дБ. По сравнению с металлическими материалами они не искажают магнитное поле Земли, исключают возможность возникновения значительных напряжений за счёт резонансных явлений, они обладают
экологическими преимуществами. Экранирующая способность увеличивается с ростом частоты электромагнитных колебаний, тогда как у металлоконструкций она снижается с частот более 5 ГГц. Экранирующая способность шунгита подтверждена патентами РФ и США (патент РФ № 2255866 от 2005 г.), US Pat. №6818821 от 2004 г, US Pat. № 6937184 от 2005 г.).
Присутствие в шунгитовых породах луковичных глобул из фуллереновых и фуллереноподобных образований придаёт им высокие сорбционные, ионообменные и каталитические свойства, что даёт возможность использовать шунгит в качестве эффективного ад-сорбента при очистке вод от нефтепродуктов, различных органических веществ (фенолов, гуминов, жирных кислот, пестицидов и др.), при этом происходит обеззараживание воды от от патогенных микроорганизмов.
Особый интерес представляют шунгитовые породы с высоким содержанием углерода при получении композиционных материалов специального назначения (для электронной, атомной промышленности, ракетно-космической, авиационной техники и т.д.) с комплексом заданных свойств: высокопрочных, электропроводящих или со сверхпроводимостью, радиационно-защитных, радиоэкранирующих, с высокими адгезионными свойствами к материалам разной природы. Шунгит используется в таких материалах как наполнитель с различными связующими веществами как органической, так и неорганической природы. В таких наукоёмких технологиях практически полностью реализуются потенциальные возможности этой необычной породы, содержащей фулле-рены и фуллереновые луковичные структуры.
Самостоятельным направлением в использовании шунгитового сырья
может стать в ближайшие годы промышленное извлечение из него фулле-ренов, на основе которых можно создавать самые фантастические материалы, а также использовать их в медицине при создании антивирусных препаратов, лечении раковых, кожноаллергических и других сложных заболеваний. Рыночная стоимость фул-леренов высокого качества составляет в настоящее время 900-1000 долларов США за 1 грамм. Использование фул-леренов позволит произвести качественные изменения в различных областях техники, материаловедения, медицины. Уже в настоящее время в США разработана технология, позволяющая нанести фуллерены на тончайшую плёнку, которая является эффективным элементом солнечных батарей. Учёные Швеции создали слоёный материал (типа фольги), который используется для создания компьютерной памяти, записанной лазерным лучом. Достигнута очень высокая плотность носителя информации.
1. Сб. «Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования». Петрозаводск, 1975, 240 с.
2. Сб. 2Шунгиты - новое углеродистое сырьё». Петрозаводск, 1984.
3. Калинин Ю.К. Углеродсодержащие шунгитовые породы и их практическое использование. Автореф. дисс... докт. техн. наук. М., 2002, 50 с.
На основании вышеизложенного можно с полной определённостью сказать, что шунгитовые породы являются сырьевым материалом стратегического назначения. При его использовании необходимо руководствоваться не только экономическими соображениями, но и принципами ресурсосбережения и рационального природопользования. По нашему мнению, на данном этапе исследования и промышленного применения шунгитовых пород целесообразно использовать их преимущественно в наукоёмких целях и ограничить их применение в областях, где мало задействован возможный потенциал шунгита (металлургия, резинотехническая промышленность, производство красок, штукатурок и т.д.). Это относится, прежде всего, к шунгитовым породам, содержащим выше 30% углерода. В строительной промышленности (производство кирпича, блоков, панелей и т.д.), а также дорожном строительстве в дальнейшем надо полностью отказаться от использования шунгитового сырья или использовать породы с содержанием углерода менее 10%.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Филиппов М.М. Шунгитовые породы Онежской структуры. Петрозаводск, 2002, 280 с.
5. Борисов П.А. Карельские шунгиты. Петрозаводск, 1956, 92 с.
6. Галдобина Л.П., Горлов В.И., Калинин Ю.К. Типы и свойства шунгитовых и шунгитсодержащих пород. Сб. «Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования». Петрозаводск, 1975, с. 20-29. ШИН
— Коротко об авторе --------------------------------------------------------------------
Тюльнин Д.В. - аспирант кафедры «Организация и управление на горных предприятиях», Московский государственный горный университет.
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
