CC BY
258
© Д.В. Тюльнин, С.С. Резниченко, В.А. Тюльнин, 2010
УДК 622:65
Д.В. Тюльнин, С.С. Резниченко, В.А. Тюльнин
КА ЧЕСТВО ШУНГИТОВОГО СЫРЬЯ И ПРИОРИТЕТНЫЕ СФЕРЫ ЕГО ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Рассмотрены аспекты практического использования шунгитового сырья.
Ключевые слова: шунгитовые породы, радиоэкранирующие свойства, шунгитоуглеродные гемосорбенты, шунгитовые сорбенты, шунгитовые биосенсоры, шунгитовые электроды.
Семинар № 7
ш и отребность народного хозяйст-±± ва в шунгитовом сырье, как и во всяком сырьевом материале, определяется, прежде всего тем, какие блага оно приносит человеку, а с точки зрения экономики - какой экономический эффект дает суммарный результат получения и реализации единицы массы сырья. Важнейшими составляющими экономического эффекта являются качество сырья и его рациональное использование.
Как известно, шунгитовые породы -это природные композиционные материалы, состоящие из аморфной углеродной матрицы (органическое вещество), в которой равномерно распределены высокодисперсные кристаллические частицы неорганической природы. Шунгитовые породы чрезвычайно многообразны и неоднородны по химическому и минеральному составу. Содержание органического вещества в них составляет от нескольких долей процента до 99%, а минеральный субстрат может быть кремнезёмистым, карбонатным, глинистым, пирокластическим. В зависимости от месторождения меняется и примесный состав различных химических элементов в породе. Поэтому шунгитсодержащие породы отличаются по своим физическим, физико-химическим и технологическим свойствам, и, следо-
вательно, возможностями их практического использования в той или иной сфере народного хозяйства. Это даёт основание считать, что при оценке качества шунгитового сырья главными характеристиками его являются:
1. Содержание в породе углеродистого вещества;
2. Химический и минеральный состав сопутствующих углероду неорганических веществ;
3. Однородность химического и минерального состава по объему и, прежде всего, равномерность распределения органического вещества.
Большой комплекс работ по изучению шунгитовых пород выполнен тремя научно-исследовательскими институтами: Ме-ханобр (1930 - 1933 гг.), Институтом геологии Карельского научного центра РАН с 1935 г. по настоящее время (Ю.К. Калинин, М.М. Филиппов, В.В. Ковалевский) и Всероссийским научно-
исследовательским институтом минерального сырья им. Н.М. Федоровского с 1990 г. по настоящее время (Е.Г. Ожоги-на, С.И. Ануфриева, В.И. Исаев).
В последние три десятилетия интерес к шунгитовым породам значительно возрос, идёт изучение их структуры и свойств на качественно новом уровне с использованием современных высоко-
чувствительных методов. Интенсифицировались работы по добыче этого ценного сырья и поиску 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-производители шунгитового сырья, заинтересованные в увеличении сбыта своей продукции и теряющиеся в этом потоке информации, зачастую поспешно вне-дряют шунгит в самые различные сферы народного хозяйства, нерационально используя это ценное сырьё, что не способствует реализации его истинных потенциальных возможностей.
Нами проведен 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 и кондициям его качества.
Результаты анализа систематизированы в таблице.
Шунгитовое сырье классифицировано по содержанию углерода и подразделено на 3 категории, где впервые выделена особая - стратегическая (высокоуглеродистая) категория пород, которые целесообразно использовать только в наукоёмких нанотехнологиях и технологиях с использованием субнанодисперс-ных высокоуглеродистых пород при получении материалов нового поколения.
Стратегическая категория шунгитового сырья. I категория
Это высокоуглеродистые шунгито-вые породы (условно 35-99% углерода), которые в промышленных масштабах практически пока не используются. Однако лабораторные исследования (в
большинстве своём закрытого характера) и полупромышленные испытания свидетельствуют о перспективности их использования в качестве сырья в наукоёмких технологиях (таблица). Это обусловлено тем, что при высоких содержаниях углерода нивелируется роль сопутствующих минеральных веществ, и свойства шунгитовой породы определяются главным образом органической составляющей.
Органическое вещество породы имеет аморфную, метастабильную, негра-фитизированную структуру, состоящую из фуллеренов и фуллереноподобных образований. «Сердцем» органического вещества является гло-була размером 10-30нм с луковичной структурой, устойчивая против фазовых переходов аморфного углерода в кристаллические формы (графит, алмаз). Содержание углеродного вещества в шунгитовой породе может быть от нескольких долей процента до 98-99 мас.%.
Именно органическое вещество с сердцевиной из глобул, образуемых фуллеренами и фуллереноподобными нанодисперсными структурными элементами, ответственно за уникальные свойства шунгитовой породы, а не кристаллические вещества различных фаз неорганической природы. Неорганическая и органическая составляющие делают шунгитовую породу биполярной, благодаря чему она может легко смешиваться с веществами как органической, так и неорганической природы, открывая тем самым широкие возможности для создания высоконаполненных композитов с различными связующими (полимерами, портландцементом, гипсом, цементом Сореля и др.).
114
Классификация шунгитового сырья и кондиции его качества для различных областей использования
Категория Содержание углерода масс.% Область применения сырья, способ его использования Основные требования к качеству Источник информации
Химический и минеральный состав, модуль Товарный вид, гранулометрия
1 2 3 4 5 6
I Стратегическое сырье Более 35 Нанотехнологии, сырьё для получения фуллеренов. Наполнитель композиционных материалов для ракетно-космической и авиационной техники, атомной и электронной промышленности, информационных систем: электропроводные композиты или со сверхпроводимостью; радиоэкранирующие; материалы с высокой адгезией к поверхностям разной природы; многослойные фуллерен-содер-жащие пленки для записи компьютерной памяти; сверхминиатюрные процессоры; элементы солнечных батарей. Высокое содержание углерода (более 35%) Состав сопутствующих минеральных веществ не нормирован. Чёрный высокодисперсный порошок. Фракции с d<1мкм; Порошки фракций: 50-100 мкм; d<30 мкм. Патенты и автор-ские св-ва: Ш Ра! №6818821; Пат. РФ №2255866; Ш Ра!№6937184; Пат.РФ №22332557 А.С.СССР: №161306; №258452 №139656; №139105 Данные, полученные в МГГУ [12]; РХТУ им.Д.И.Мен-делеева
Материалы, полученные изоста-тическим прессованием порошков; Состав минеральных фаз ненормирован Чёрный поро-шок, тонкодис-персный [9]; Патент Республики Беларусь №8363
Материалы, полученные по технологии самораспространяю-щегося высокотемпературного синтеза. Композиты на основе вяжущих Чёрный порошок, тонкодис-персный [10]
Медицина. Новые лекарства и антивирусные препараты.
II Сырьё массово-го потребления 10-35 Металлургия: Содержание углерода 20-28% Гранулометрия:
Доменное производство ^Ю2+С)>83 модуль А1203/С<0,3 Фракции щебня: 10-100мм>94%; Пат. РФ №2127316 Пат. РФ №2118371
115
Производство карбида кремния
Производство силикомарганца; электрометаллургия цветных метал-лов; ферросплавов; производство жёлтого фосфора
Резино-техническая пром-ть: шунги-товый наполнитель, заменитель белой сажи и углерода в производстве РТИ, авто-, мотопокрышек и др. изделий.
Наполнитель полимеров, эластомеров
Комунальное хоз-во и хим. промышленность
Сорбенты и катализаторы: шунгито-вые материалы для водоподготовки, бытовых фильтров, технического водоснабжения;
Содерж. фосфора <0,1%
Содерж. серы<1,8
Содержание углерода 20-30%
Хемогенные калиевые породы шунгита с модулем: (Al2Oз+FeO+Fe2Oз)/C <0,2
(CaO+MgO)=2,0-8,0%
(FeO+Fe2Oз)=1,7-3,5%
Содержание углерода 20-30%
Кремнезёмистое сырьё: (C+SiO2+Al2Oз)=85-93% CaO+MgO=2,0-2,8% Fe2Oз+FeO=1,7-3,5%
Содержание углерода 20-40%
Содерж.водораств.ве-ществ не более 1,5%
PH водной вытяжки 5,07,5;
Зольность<75%;
Потери при нагревании (105°С) <2,5%___________
Содержание углерода >20%; благоприятные сопутств.фазы:кварц, алюмосиликаты, слож-
ные силикаты
менее 10 мм<5%; более100 мм<1; более150 мм - не допускается_________
Щебень фрак-ций 2-150 мм
Щебень фрак-ций 10-40 мм
Чёрный порошок с удельной пов-тью 5-104-4-105 см2/г
Щебень фрак-ций
0,5-5,0 мм, шунги-товый пе-сок, вы-сокодис-персн. порошки d<1мкм
Пат. РФ №2160197
ТУ 14-5-251-94
ТУ 2169-002-
56840806-03 ТУ 2169-001-
73698942-05 (ООО «Меандр»)
ГОСТ Р 51641-2000 «Материалы фильтрующие зернистые»
ТУ 2164-006-7369894208 Шунгитовый материал «Экофил»______________
Продолжение таблицы
Материалы для очистки почв и водной пов-ти от нефтепродуктов Шунгитовое сырьё с содержанием углеро-да 1020%
Сорбент шунгитовый модифицированный для очистки сточных вод; Содержание углерода >25%. Содержание SiO2 <55%. Массовая доля золы < 66,8%. Массовая доля влаги > 0,3%. Чёрные зёрна, уд. поверхность Sуд. >1,3 м2/г; насыпная плотность р>830 г/дм3 ТУ 2164-00156840806-2007
Комплексный сорбент мелиоранта и удобрения для повышения урожая, сырьё для конструирования городских почв и грунтов. Состав минеральных фаз ненормирован Чёрные зёрна разной дисперс-ности ТУ 2189-003-736984206
Лакокрасочное производство Порошки чёрные
Шунгитовый наполнитель противопригарных красок; Содержание углерода >20%. Фракции<50мкм ТУ 2169-00173698942-05
Наполнитель электропроводных и коррозионно-стойких покрытий, сырьё с антистатическими свой-ствами. Содержание углерода >20%; Минеральные фазы: кварц, силикаты Фракции 30-100мкм ООО «Меандр»
Индивидуальное строительство. Содержание углерода >20%; Плитняк толщиной 25-70мм Декоративные свойства в соответствии с ГОСТ 9479-98
Ландшафтный дизайн. Содержание углерода >20%; Монолитные глыбы, щебень, песок
Изделия народных промыслов; Содержание углерода >25%;
Сувенирная продукция Состав минеральных фаз не нормирован.
III Сырьё обще- Менее 10 Шунгитовое сырьё для всех видов строительных работ: устройство тёп- Составы минеральных фаз не нормированы. Песок, щебень фракций: ГОСТ 25607-94 ТУ 5717-004-
ш
строи- тельного лых полов, стен, специальных трасс на основе шунгитовых асфальтов; производство бетонов, кирпичей, блоков, панелей с шунгитовым наполнителем; экологическая добавка в щебень оснований автодор. покрытий, балластного слоя ж/д пути; отсыпка скважин нефтедоб. пром.-ти; 5-10 мм; 10-20 мм; 20-40 мм; 25-60 мм. 73698942-08 (ООО «Меандр»)
Производство шунгизита Оптимальное содержа- Щебень фрак-ций: ГОСТ 19221-83
назначе- ния ние углерода 0,5-1,0%. Отсутствие или минимум карбонатов. Благоприятны железистые алюмосиликаты. Оптим. содержание FeO>6%; К20=3,9-6,5%; Na20=0,6-1,1%. 3-8 мм; 8-15 мм; Песок фр.3 мм Щебень из шунгитсодержащих пород для производства шунгизита.
Однако такие уникальные свойства как электропроводность, экранирование электромагнитных излучений, окислительновосстановительные свойства, сорбция и т.д. придаёт шунгитовым породам именно 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 берется 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, Ш Ра.№6818821 от 2004 г., Ш Ра! №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 патогенных микроорганизмов.
Особый интерес представляют шунги-товые породы с высоким содержанием углерода при получении композиционных материалов специального назначения (для электронной, атомной промышленности, ракетно-космичес-кой, 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 органической, так и неорганической природы. В таких наукоёмких технологиях практически полностью реализуются потенциальные возможности этой необычной породы, содержащей фуллерены и фуллереновые луковичные структуры.
Самостоятельным направлением в использовании шунгитового сырья может стать в ближайшие годы промышленное извлечение из него фуллеренов, на основе которых можно создавать самые фантастические материалы, а также использовать их в медицине при создании антивирусных препаратов, лечении раковых, кожно-аллергических и других сложных заболеваний. Рыночная стоимость фулле-ренов высокого качества составляет в настоящее время 900-1000 долларов США за 1 грамм. Использование фуллеренов 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 исполь-
зуется для создания компьютерной памяти, записанной лазерным лучом. Достигнута очень высокая плотность носителя информации.
В последние два десятилетия в различных научных центрах ведутся работы по технологии извлечения фуллеренов из шунгитовых пород и уже на начальных стадиях исследований получены обнадёживающие результаты [7,8,9]. Разработка такой технологии откроет принципиально новый этап в использовании шунгитового сырья - сырья для извлечения из него фуллеренов и широкое развитие на этой базе нанотехнологий.
Особого внимания заслуживают технологии получения новых материалов, в том числе композиционных, с применением субнанодисперсного шун-гита (диаметр частиц d<1 мкм). Такое же высокодисперсное сырье перспективно для решения проблем медицины и экологии. Измельчение шунгитовых пород обычно осуществляют в три стадии с применением щёковой дробилки, шаровой или струйной мельницы и керамического ис-тирателя или виброистирателя с дальнейшей сепарацией порошков на фракции.
К современным прогрессивным технологиям с использованием такого высокодисперсного шунгитового сырья относятся:
• Технология порошковой металлургии, включающая: получение порошка, приготовление смеси, формование и термическую обработку;
• Технология получения изделий и конструкций с использованием вяжущих веществ холодного отверждения.
В технологии порошковой металлургии распространение получили разновидности сухого изостатического прессования порошков (СИП) [10] и технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [11].
Методом СИП на основе шунгитового порошка созданы композиционные материалы для очистки жидкостей и газов; порошковые материалы и изделия для защиты от естественных и антропогенных электромагнитных полей, электронагревательные порошковые материалы и др.
В технологии СВС применение шунгита с его активным наноразмерным фул-лереновым углеродом при высоких температурах полностью реализуются экзотермические реакции различных химических элементов и соединений (1200-1350 °С). Путём добавления в массу других порошков (Ті, А1 и т.д.) можно синтезировать материалы с заданными свойствами, например, огнеупорные, и получать изделия из них.
В технологии с использованием вяжущих веществ полное сохранение свойств шунгитовой породы возможно лишь в высоконаполненных композитах с содержанием шунгитового наполнителя « 80% и более, при котором связующее вещество не обволакивает полностью частицы органического вещества шунгита. В противном случае свойства наполнителя трансформируются и композиционный материал приобретёт свойства изолированных частиц шунгита в совокупности со свойствами связующего. Поэтому, как показали исследования в Московском горном университете [12], высоконаполнен-ные композиционные материалы с уникальным комплексом свойств можно получить лишь с использованием очень ограниченного числа связующих. Из неорганических вяжущих для этих целей можно использовать лишь магнезиальные. Аналогичные результаты получены сотрудниками ООО «Альфа-Пок» (Санкт-Петербург) при создании радиоэкранирующих и электропроводящих магнези-ально-шунгитовых композитов.
Сырьё массового потребления (1035% углерода). II категория
Ко второй категории - сырьё массового потребления - отнесены шунгитсодержащие породы, которые в настоящее время находят широкое применение в самых различных областях народного хозяйства.
Лабораторными и опытно-технологическими исследованиями определены технические требования к сырью с учётом химического, минерального состава, однородности, гранулометрии продукции и для ряда пока лишь очень ограниченного числа областей разработаны и зарегистрированы ТУ. В полной мере работы в этом направлении ведутся лишь одним предприятием - ООО НПК «Карбон-шуйВитредставленной нами классификации шунгитового сырья (таблица) к сырью массового потребления отнесены породы, которые по известной технологической классификации сырья месторождения «Полежаевское» с техникоэкономическим обоснованием кондиций, отнесены ко второму и третьему типам, но при этом верхний предел содержания углерода нами снижен с 44 до 35%. В таблице впервые систематизированы данные по качественным кондициям, предъявляемым к шунгитовому сырью со средним и низким содержанием в нём органического вещества. Принципиальное отличие этого сырья от высокоуглеродистого (сырьё I категории) состоит в том, что в нём наряду с органическим веществом существенную роль играет химический и минеральный состав неорганических веществ, их соотношения или отношения определенных неорганических фаз к углеродистой (модуль).
Так, шунгитовое сырье для доменного производства должно соответствовать требованиям:
Содержание углерода (масс. %) > 20% (первый сорт - 28, второй - 20%)
@Ю2 + С) > 83%;
Модуль А1203/С < 0,30 Содержание фосфора < 0,1
Содержание серы < 1,8 Гранулометрический состав:
Фракции 10-100 мм > 94 масс. %; Фракции > 100 мм < 1%;
Фракции > 150 мм не допускаются Фракции < 10 мм < 5 масс. %.
В производстве ферросплавов, желтого фосфора, карбида кремния, а также адсорбента используются, главным образом, кремнезёмистые шунгитосодержащие породы, удовлетворяющие требованиям:
Содержание углерода 20-30
(масс. %)
(БЮ2 +А1203 + С) 85-93
( СаО + MgO) 2,0-8,0
Суммарное содержание 1,7-3,5
Fe2O3 + FeO
Гранулометрия: используются раз-
дробленные шунгитовые породы различных фракций от 2 до 150 мм.
В резинотехнической и шинной промышленности в качестве наполнителя используется высокодисперсный порошок чёрного цвета без заметных включений со следующими основными показателями:
Содержание углерода - 20-40 масс.%;
Потери при нагревании (105 °С) < 2,5%.
Зольность < 75%.
Содержание водорастворимых веществ < 1,5%.
PH водной вытяжки 5,0-7,5.
Адсорбция дибутилфтилита (см3/100г) 15-45.
Удельная поверхность порошков (см2/г) 5-104-4-105
Использование шунгитовых порошков в резинотехнической промышленности, однако, сильно осложнено тем, что углеродистое вещество неравномерно распределено в горной породе и структурно многообразно вследствие его метастабильности.
Области применения шунгитового сырья, отнесенного ко второй категории,
постоянно расширяются и, вместе с тем, в каждой конкретной сфере использования разрабатываются технические требования (ТТ), технологические условия (ТУ) и технологические карты (ТК) на сырьевой материал. Наноструктура шунгитовой породы особенно перспективна для таких сфер, где наиболее полно раскрываются такие её специфические свойства как сорбционные, каталитические, восстановительные (антиок-сидантные) и способность к саморегене-рации.
По данным работ, выполненных в ВИМСе и Российском Химико-технологическом университете им. Менделеева, шунгитовый сорбент проигрывает активированному углю на первом этапе, в течение первых 250 часов, а в дальнейшем начинает очищать раствор с более высокой и постоянной скоростью. Это объясняется каталитическими свойствами шунгита, способностью каталитически окислять сорбируемые органические вещества.
В целом шунгит как сорбент характеризуется целым рядом положительных характеристик:
• высокой механической прочностью и малой истираемостью;
• высокой фильтрующей способностью (технологичностью, характеризуемой малым сопротивлением напору воды);
• способностью к сорбции многих веществ как органических (нефтепродуктов, бензола, фенола, пестицидов и др.), так и минеральных (железо, марганец, фосфор, мышьяк).
• способность к саморегенерации.
Шунгит способен чистить воду от
нефтепродуктов до ПДК в рыбохозяйственных водоёмах. Сорбционные свойства шунгита используются в системах водо-подготовки, в бытовых фильтрах и фильтрах, установленных на МКАД и новых автотрассах.
Уникальные свойства шунгита, являющегося природным нанотехнологичным композиционным материалом, нельзя эксплуатировать, руководствуясь только экономическими и технологическими показателями. Даже шунгитовые породы со средним содержанием углеродистого вещества (25-35%) нерационально и нерачительно использовать для замены какого-либо дефицитного сырья (кокса, белой сажи, графита и др.) и тем более сжигать его, безвозвратно расходуя это ценное сырьё в больших масштабах. Целесообразно максимально использовать его необычные сорбционные, каталитические, антиокси-дантные и другие свойства для решения актуальных экологических и медицинских проблем.
Богатый экспериментальный материал, полученный различными научными центрами России и за рубежом, а также клинические испытания, убедительно свидетельствуют о перспективности использования шунгита в медицине, косметологии и курортологии. Целебные свойства шунгита обусловлены присутствием в нём фуллеренов, растворяющихся только в органических жидкостях, но способных «встраиваться» в структуру воды и придавать ей целебные свойства. Исследования, выполненные в Карельском госуниверси-тете, Институте биологии Карельского научного центра РАН и ряда других организаций, выявили следующие перспективные направления использования шунгита:
a) Шунгито-углеродные гемосорбенты, предназначенные для очистки крови, лимфы, желчи организма, а также других жидкостей от токсичных веществ, тяжелых металлов, микроорганизмов;
b) Шунгитовые сорбенты, предназначенные для приёма при интоксикациях, отравлениях, нарушениях функции желудочно-кишечного тракта;
c) Шунгитовая мазь («шунгилин») для лечения ран, кожных заболеваний;
d) Шунгитовые биосенсоры, предназначенные для быстрого определения газов (кислорода, углекислого газа и др.), солей тяжелых металлов в жидких средах организма;
e) Шунгитовые электроды для электроэнцефологии, миографии, электрокардиографии, предназначенные для исследования состояния мозга, сердца, а также электростимуляции органов и тканей при лечении различных заболеваний человека.
В косметологии широко используются и пользуются популярностью шунги-товая вода, шунгитовые пасты для ухода за кожей, шампуни, маски, гели для душа на основе шунгита. Их производство одобрено медицинскими учреждениями и в результате многолетнего использования получены превосходные отзывы потребителей.
Не менее широкое применение находит шунгит в курортологии. Дана клиническая оценка эффективности шунги-товой наружной терапии в практике дерматологии (Санкт-Петербургс-кая государственная медицинская академия им. И.И. Мечникова, кафедра дерматовенерологии).
Перечень некоторых заболеваний, при которых используются препараты на основе шунгита: аллергические заболевания (кожно-аллергические), бронхолёгочные, заболевания опорнодвигательного аппарата, сердечнососудистая патология, заболевания нервной системы, заболевания желудочно-кишечного тракта и др.
Функционирует сеть санаториев, где используются шунгитовые препараты: санаторий «Чёрная речка» (СПб), детский санаторий «Чайка» (СПб), санаторий «Тарховский» и др.
Шунгитовые породы со средним и более высоким содержанием углерода (2540%) находят применение также в виде монолитных глыб и различных изделий из них в строительстве и дизайнерских работах. По своим декоративным свойствам порода относится ко второму классу в соответствии с требованиями ГОСТ-947998.
В ландшафтном дизайне используют глыбы, имеющие объёмную рельефную форму с чёткими рёбрами, гранями, с крупными изломами и впадинами на поверхности.
В индивидуальном строительстве из шунгитовых пород обычно изготавливают плитняки разной толщины с параллельными плоскостями. Толщина плитняков может быть от 15 до 70 мм, при этом плоскости их могут быть шероховатыми или иметь ступенчатый рельеф (до 5 мм).
Плитняки из шунгитового сланца используются главным образом для облицовки стен и для мощения. Для облицовки используется плитка толщиной 15-30 мм. При наружной отделке зданий мозаичная кладка из шунгита хорошо сочетается практически со всеми стеновыми строительными материалами.
При оформлении внутренних интерьеров зданий помимо эстетической задачи решается и экономическая: шунгитовые породы компенсируют техногенные излучения и положительно влияют на физическое состояние человека и на его психологическое и эмоциональное самочувствие.
Использование шунгита - плитняка для мощения обусловлено тем, что шунгитсодержащая порода имеет высокую механическую прочность, низкое водопо-глощение, высокую сопротивляемость истиранию и хорошую морозостойкость.
Из крупных плит толщиной 40мм и выше чаще всего изготавливают пошаговые дорожки, которые хорошо смотрятся
и на зелёном газоне, и в окружении мелких отсыпок, цвет которых вариируется.
Сырьё общестроительного назначения. III категория
Основная масса низкоуглеродистого сырья используется преимущественно как строительный материал (за исключением части, идущей на обогащение). В шунги-товых породах с содержанием органического вещества менее 10% доминирующее влияние на свойства оказывает состав минеральных веществ. Перечень строительных работ и вида продукции, где используется сырье, а также ТУ и ГОСТы на него представлены в таблице.
Значительное количество низкоуглеродистого сырья используется для получения шунгизита - строительного материала с пористой структурой, применяемого в качестве лёгкого заполнителя бетонов. Пористая структура создаётся путём обжига щебня, при этом массу переводят в вязкий расплав с одновременным образованием газовой фазы [9] из шунгитового вещества. Экспериментально установлено, что при очень низком содержании углерода в породе (менее 0,1%) вспучивание щебня происходит недостаточно, то же самое происходит и при содержании его выше 3,5 масс.%. Оптимальной является величина 0,2-1,0%. Что касается температурного интервала вспучивания, то он зависит от химического и минерального состава сырьевой массы. Широкий интервал вспучивания имеет место при высоком содержании SiO2,A12O3,K2O, а узкий - при высоком содержании FeO, Fe2O3, М§0, N20, СаО.
Сырьё для производства шунгизита должно отвечать требованиям ГОСТ 19221-83 «Щебень из шунгитсодержащих пород для производства шунгизи-та». Главными показателями качества по указанному ГОСТу являются: коэффициент вспучивания Кв, зерновой состав сырья, насыпная объёмная плотность.
Величина Кв является интегральной характеристикой и зависит от многих факторов. Исследования Калинина Ю.К. с соавторами [3, 13] показали, что одним из важнейших факторов является присутствие в составе сырья железистых алюмосиликатов, например, железистого хлорита.
Особенно сильно влияет на Кв присутствие закисного железа ^е0): при содержании Fe0 > 6% величина Кв имеет значение не ниже 4,3. Коэффициент вспучивания имеет высокое значение (Кв > 4,0) также в породах с относительно высоким содержанием К20 (3,9-6,5%).
В заключение следует сказать, что представленная классификация качества шунгитового сырья по содержанию в нём органического вещества и по сферам практического использования является, как и другие классификации, чисто условной и отражает субъективные взгляды авторов.
Решение проблемы минеральносырьевой базы шунгитового сырья, определение качественных критериев этого нового вида сырья требует проведения его дальнейших систематических лабораторных, опытно-техноло-гических и полупромышленных испытаний на предмет возможности использования пород разных месторождений в той или иной области народного хозяйства. В представленной нами таблице впервые систематизированы технические требования, ТУ и патентные данные на сырьё, которое уже используется в различных сферах или уже вышло из стен лабораторий в опытное производство.
Изложенный материал позволяет, однако, с полной определённостью ска-зать, что шунгитовые породы являются сырьевым материалом преимущественно стратегического назначения. При их использовании необходимо руководствоваться не только экономическими соображения-
ми, но и принципами ресурсосбережения и рационального природопользования. По нашему мнению, на данном этапе исследования и промышленного применения шунгитовых пород целесообразно использовать их, главным образом, в наукоёмких целях и ограничить применение в областях, где мало задействован скрытый потенциал шунгита. К таким областям, в ча-
1. Сб. «Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования». Петрозаводск, 197З, 240 с.
2. Сб. «Шунгиты - новое углеродистое сырьё». Петрозаводск, 1984.
3. Калинин Ю.К. Углеродсодержащие шунгитовые породы и их практическое использование. Автореф. дисс. докт. техн. наук. М.,2002, З0 с.
4. Филиппов М.М. Шунгитовые породы Онежской структуры. Петрозаводск, 2002, 280 с.
З. Борисов П.А. Карельские шунгиты. Петрозаводск, 19Зб, 92 с.
6. Галдыбина Л.П., Горлов В.И., Калинин Ю.К. Типы и свойства шунгитовых и шунгитсодержащих пород. Сб. «Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования». Петрозаводск, 197З, с. 20-29.
7. Холодкевич С.В., Бекренев А.В., Дон-ченко В.К. и др. Экстракция природных фулле-ренов из карельских шунгитов. ДАН, 1993, т.330, №3, с. 340-342.
стности, относятся: металлургия, резинотехническая промышленность, гражданское строительство (производство бетонов, штукатурок, кирпичей, блоков, панелей), ландшафтный дизайн, а также дорожное строительство, где уже сейчас надо полностью отказаться от использования шунгитового сырья.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
8. Lemanov V. V., Balashova E. V., Sherman A.B. et al. Are there Fullerens in Precambrian rock shungite: Mol.Mat., 1994,v.4,p. 205-208.
9. Рожкова Н.Н. и др. Стабилизация водных дисперсий нанокластеров шунгитового углерода. Сб. научных трудов «Фуллерены и фуллереноподобные структуры в конденсированных средах». Минск,2006.
10. Реут О.П., Богинский Л.С., Петюшик Е.Е. Сухое изостатическое прессование уплотняемых материалов. Минск, «Дэбор», 1998, 258 c.
11. Мержанов А.Г. Научные основы, достижения и перспективы развития процессов твёрдопламенного горения. Известия АН. Серия химических наук,1977,№1, с. 8-32.
12. Тюльнин В.А. О возможности получения изделий из шунгита и шунгитовых пород без механической обработки. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2010, №2, с.274-280.
13. Калинин Ю.К., Филиппов М.М. и др. Качество и эффективность использования шун-гизитового сырья Карелии. Петрозаводск, 1988.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------
Тюльнин Д.В. - аспирант кафедры «Организация и управление на горных предприятиях», Резниченко С.С. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Организация и управление на горных предприятиях»,
Тюльнин В.А.- доктор химических наук, профессор кафедры химии,
Московский государственный горный университет.
Mostow State Mining University, Russia, [email protected]
