CC BY
47
УДК [549.514.51+ 661.68]:615.014+ 619
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БНОАКТНОНЫХ СООЙСТО КРЕМНИЯ И КВАРЦА КАЗАХСТАНА
А. О. Бейсеев1, О. Б. Бейсеев2
1Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, Республика Казахстан, Алматы; Almas_B-1968@mail.ru
2Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпае-ва, Республика Казахстан, Алматы; beiseyev@mail.ru
Рассматриваются возможности использования биоактивных, биосовместимых и биозащитных свойств кварца и его разновидностей для медицинских целей, кремния из особо чистого кварца как компонента солнечных батарей, панелей и модулей для автономного обеспечения электричеством инфраструктур и медико-ветеринарных служб отдаленных районов Казахстана.
Ключевые слова: биоактивные, биосовместимые и биозащитные свойства кварца, солнечная энергетика.
PROSPECTS OF USING BIOACTIVE PROPERTIES OF SILICON AND QUARTZ OF KAZAKHSTAN
A. O.Beyseev1, O. B. Beyseev2
1 Kazakh National University named after Al-Farabi, Kazakhstan Republic, Almaty 2 Kazakh National Technical University named after K.I. Satpaev, Kazakhstan Republic, Almaty
The article deals with the possibility of using bioactive, biocompatible and biodefense properties of quartz and its varieties for medical purposes, silicon from high purity quartz as a component for solar batteries, panels and modules for autonomous electricity supply infrastructure and medical-veterinary services in remote areas of Kazakhstan.
Keywords: bioactive, biocompatible and biodefense properties of quartz, solar energetic.
Кремний — один из наиболее распространенных химических элементов на Земле. В составе земной коры он занимает второе место. В виде кремнекислородных тетраэдров он входит в состав силикатов — главных минералов земной коры, занимающих 75 % ее объема. Основным источником кремния является кварц (см. рисунок). По степени кристалличности кварцевое сырье делится на полнокристаллическое, скрытокристаллическое и аморфное [1]. К полнокристаллической (ювелирной) группе относятся такие разновидности кварца, которые рассматриваются
Н. П. Юшкиным [5] как объекты эстетического наслаждения: горный хрусталь (бесцветный), аметист (фиолетовый), цитрин (желтый), розовый кварц, авантюрин (беловатый с сильным зеленым отблеском), прази-олит (луково-зеленый), морион (черный), перунит (синий) — природных аналогов не имеет, раухтопаз (дымчатый кварц). В зонах выветривания крокидолитоносных отложений встре -чаются также гипергенно-метасома-тические разновидности кварца:
«тигровый глаз» — полосчатые желтые и коричневые агрегаты, проросшие выветрелыми волокнами кроки-долит-асбеста и «соколиный глаз» — агрегаты, проросшие неизмененными волокнами крокидолит-асбеста. Кроме того, в жилах альпийского типа часто встречаются так называемые «волосатики» — кристаллы кварца, проросшие волокнами актино-лит-асбеста или биссолита, а в мета-морфитах и метасоматитах — с игольчатыми включениями рутила.
К скрытокристаллическим разновидностям кремниевого сырья относятся халцедоны, а к аморфным — опалы. Источниками кремнезема могут быть также кварциты, яшмы, органогенные и метабиогенные кремнистые образования (диатомиты, радиоляриты, трепела, опоки, новокулиты, маршаллиты, окаменелое дерево, осадочные алювиально-делювиаль-ные природно-диспергированные кварцевые пески и кварцитопесчани-ки). Все они обладают в той или иной мере ценными полезными свойствами и пригодны для производства высокотехнологичных изделий техни-
ческого, медицинского, био- и эко-защитного назначений [4].
Кремнезем в различных его формах использовался человеком еще в каменном веке. Об этом свидетельствуют, в частности, археологические находки при раскопках сакских могильников и стоянок в Предуралье [4] и Казахстане [1] IX—III тыс. лет до н. э.
Следующий этап в истории использования кварца связан с применением его в качестве сырья в стекольной промышленности и флюса в металлургическом производстве. Открытие братьями Пьером и Жаком Кюри в 1880 г. явления пьезоэлектрического эффекта в кристаллах кварца ознаменовало начало третьего этапа использования кремнезема.
В XX столетии интенсивное использование кремнезема в виде кварца, агата, халцедона, горного хрусталя еще более повысило его роль как важного сырья, в том числе и стратегического. В настоящее время кварц находит широкое применение во многих (более 200) областях техники и высоких технологий: в радиотехнике, в ультразвуковой гидроакустике, де-
Друза кристаллов горного хрусталя. Месторождение Актас, Казахстан. Фото Г. Д. Аэрова
фектоскопии, в электротехнической и электронной промышленности, в оптической промышленности и др.
Особенно интенсивное развитие получило применение кварца и изделий из него в медицине. Кремний, хотя и внесен в список жизненно важных элементов только в 1972 году, но области его применения из года в год быстро расширяются. Лечебный эффект от использования лекарственных форм кремнезема обусловлен прежде всего важнейшей ролью кремния в жизнедеятельности организма человека и животных, которая выражается в образовании соединительной ткани, хрящей и костей. Уменьшение количества кремнезема в организме приводит к возникновению силикозной остеомаляции (размягчению) костей. Порошки и пудры кварца используются для лечения диабета, астмы, они стимулируют деятельность нервной системы, печени и кишечника. Свободный кремний участвует в образовании белков, коллагена и эластина, содержащихся в костях, хрящах и других видах соединительной ткани. Кроме того, кремний необходим для формирования эластина, способствующего целостности и эластичности кровеносных сосудов, для профилактики и лечения остеопороза, укрепления волос и ногтей. Совмещенные препараты кремния, бора и фтора применяются в лечении переломов и атипической экземы, а также для профилактики остеопороза.
В лечебных целях используются горный хрусталь, халцедон, сердолик, аметист, морион, цитрин, пра-зиолит, розовый кварц, кахолонг и другие цветные разновидности кварца [1]. Их фрагменты, в равных количествах сложенные в сетчатую емкость, опускаются в стеклянный сосуд с дистиллированной водой не менее чем на сутки. За это время вода в сосуде активируется, очищается от микробов и приобретает целебные свойства. Налажено производство активированной воды под названием «Кварц 1».
В пределах Центрального и Западного блоков Русской платформы широко распространены биологически активные кремни халцедонового и опал-халцедонового составов, обогащенные широким спектром биофильных микроэлементов, которые в биосистемах действуют как ка-
тализаторы и входят в состав энзимов, играющих важнейшую роль в обмене веществ [3].
По данным М. А. Богдасарова [2] халцедоны Беларуси также применимы для активирования пресной воды, так как содержат в себе компоненты древних организмов (биолиты), присутствие которых придает халцедонам уникальные антимикробные активационные, а воде — целебные свойства. В настоящее время налажен выпуск кремневой воды «Веды» в бутилированном виде.
В ряде месторождений Таласского района Жамбылской области добывается оранжево-красная разновидность халцедона — ювелирный сердолик, обладающий слабой радиоактивностью — в биологически допустимых дозах. Разработан оригинальный метод лечения с его применением — сердоликотерапия, ставшая одним из видов восстановительной терапии. Методика ее довольно простая: кусочки биологически активного сердолика помещаются в серебряную сеточку, которая крепится в выходное отверстие обычного фена для волос, и нагретые струи воздуха, прошедшие через сердолик, направляются на место повреждения или заболевания тела. При этом в организме человека усиливаются окислительно -восстановительные реакции, стимулируются биохимические процессы,
которые были заторможены различными болезнями. В результате наступает полное выздоровление организма. Сердоликотерапия улучшает состав крови с приведением РОЭ к норме, помогает останавливать кровотечение, устраняет воспалительные процессы, отеки, ускоряет очистку ран, стимулирует регенерацию тканей организма, успокаивает нервы, улучшает сон, повышает аппетит, снимает физическую и умственную усталость.
Кварц широко применяется также и для производства изделий и материалов медицинского назначения. Достаточно сказать, что в настоящее время 95 % всех высокотехнологичных материалов для медицины изготавливаются из кварца или извлеченного из него кремния, например: генераторы кварцевых инфракрасных ламп накаливания и кварцевые ультрафиолетовые излучатели, оптические приборы самого различного назначения, водородные, бактерицидные и эритемные лампы и другие устройства.
Наночастицы кремния весьма эффективно используются для адресной доставки препаратов к местам (точкам) заболевания при лечении так называемых стойких, в том числе раковых заболеваний. Так называемые «золотые наночастицы» — маленькие частицы кремния, покрытые
золотом, введенные в раковую опухоль при воздействии на них лазерного или микроволнового излучения могут находить и уничтожать раковые клетки [3]. По данным НИИ химии и элементоорганических соединений РФ на основе наночастиц диоксида кремния созданы силиконовые биосовместимыематериалы, которые применяются в хирургии в качестве эндопротезов, имплантатов и тампо-нажных составов, используются в качестве зубных протезов, для пломбирования зубов, при лечении тяжелых форм отслоения сетчатки глаза.
Кроме того, конструкционные и декоративные материалы на основе природно-диспергированного кварца используются для строительства медпунктов и ветлечебниц, а кремний — для автономного обеспечения электроэнергией учреждений медицинских и ветеринарных служб в инфраструктурах отдаленных регионов.
Ресурсы высококремнеземистого кварцевого и кварцитового сырья в Казахстане огромны, по ним он занимает одно из первых мест в мире. К настоящему времени на территории республики выявлено более 500 месторождений и проявлений кварцевого сырья различного генетического типа, но не все они оценены и разведаны. Общие запасы детально разведанных объектов составляют: плуто-ногенно-метаморфогенных и жильных — 650 млн т, метасоматических (кварцитов — семь массивов) — 265 млн т, осадочных (кварцитопес-чаников и природно-диспергированных кварцевых песков) — более 10 млрд т.
Основные скопления гранулированного кварца сосредоточены в кварцевых пегматитах — силекситах и кварцелитах, которые образовались в процессах ликвации силикатного расплава на магматическом этапе формирования гранитных плутонов. Мономинеральные гидротермальные кварцевые жилы образуют группу полей с их высокой концентрацией или расположены изолированными жильными зонами с крупными запасами метаморфизованного кварца. В пределах Кокшетауского и Улытау-ского срединных массивов кварцевожильные поля гранулированного кварца приурочены к зонам смятия с насыщением на отдельных участках
от 10 до 50 жильных тел. В Тарбага-тайском регионе Восточного Казахстана среди гранитов Акжайлауско-го массива выявлено 2500 хрусталеносных пегматитовых тел с крупными кварцевыми ядрами, а в Каибском гранитном плутоне и районе его размещения обнаружено более 1000 кварцелитовых тел в виде даек и крупных жил и несколько надинтру-зивных кварцелитовых залежей в виде сопок, сложенных полупрозрачным мономинеральным кварцем, не содержащим примесей рудных минералов и газово-жидких включений, поэтому названным Н. П. Ермаковым «сухим кварцем». Их геологические запасы исчисляются миллиардами тонн, однако разновидности кварца в этих объектах с позиции пригодности для той или иной отрасли промышленности, в том числе для использования в качестве сырьевой базы для получения «солнечного кремния» и серии изделий медицинского назначения, практически пока не изучены и ждут своей очереди.
В связи с этим для бесперебойного обеспечения сырьем кремне-земпотребляющих высокотехнологичных отраслей промышленности республики необходимо провести комплексное геолого-минералоги-ческое, технолого-минералогическое и минералого-геохимическое изучение всех генетических типов месторождений кварца Казахстана с целью разбраковки их по степени перспективности на особо чистые сорта кварца, пригодного для производства изделий медицинского, биоэкозащит-ного назначения, и элитного кремния для производства солнечных батарей — фотоэлектрических станций (ФЭС) автономного снабжения электроэнергией медпунктов и ветлечебниц инфраструктур отдаленных регионов. Для решения этой важной проблемы следует использовать опыт и передовые технологии российских ученых, а также сотрудничество с ними на основе имеющихся Соглашений между Правительством Республики Казахстан и Правительством Российской Федерации о совместной реализации научно-технических программ и проектов в области науки и технологии.
Для комплексного изучения геологии, технологии, рационального освоения месторождений кварцево-
го сырья республики, разработки ресурсосберегающей, экологически чистой технологии получения особо чистого и гиперчистого кварца, научно-экспериментальных основ прямого извлечения элитного кремния из выделенных кварцевых концентратов с использованием достижений отечественных ученых и опыта специалистов из развитых стран, для организации опытно -промышленно -го производства кремниевых пластин и солнечных элементов для ФЭС и испытания их в изделиях необходимо создавать и развивать собственные специализированные предприятия типа НПЦ «Казахкварц» с привлечением иностранных инвесторов и соисполнителей из соседних стран с развитой индустрией высокотехнологичных материалов, в том числе в области использования кварца, кремния и солнечной энергетики в медицине и ветеринарии.
Литература
1. Бейсеев О. Б., Бейсеев А. О., Заед Мохамед А. М. Кварц — универсальный материал прошлого, настоящего и будущего, типы месторождений Казахстана и Египта // Геология, минерагения и перспективы развития минерально-сырьевых ресурсов: Материалы Международной научно -практической конференции, посвященной 110-летию со дня рождения К. И. Сатпаева. Алматы, 2009. С. 139—147. 2. Богдасаров М. А. Активированная кремнием вода // Кварц-Кремнезем: Материалы Международного минералогического семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2004. С. 247—248. 3. Вольфсон И. Ф, Сидоренко Г. А., Чуканов Н. В. Минерало-го-геохимические особенности и условия генезиса биологически активных кремней русской платформы // Кварц-Кремнезем: Материалы Международного минералогического семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2004. С. 279—280. 4. МельниковЕ. П. Геология, генезис и промышленные типы месторождений кварца. М.: Недра, 1988. 260 с. 5. Юшкин Н. П. Минералогические проблемы кремнезема // Кварц-Кремнезем. Материалы Международного минералогического семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2004. С. 7—8.
Рецензент к. г.-м. н. И. Н. Бурцев
