Диатомит – осадочная горная порода, состоящая из кремнистых скелетных останков диатомовых водорослей. Это пористая порода, обладающая низкой удельной массой и мелким размером частиц. Эти качества делают диатомит полезным сырьем для применения в широком спектре отраслей промышленности.
Диатомовые водоросли являются главными членами большой группы водорослей свободно дрейфующих в водах Мирового океана. Существуют различные типы водорослей, а их размер колеблется от микроскопического до пары миллиметров. Их уникальность заключается в том, что они, являясь одноклеточными организмами, способны производить внешнюю стенку из диоксида кремния.
Обитают диатомовые водоросли, как правило, на дне и в почвах водоемов на глубине проникания солнечного света, почти все они являются фотосинтезирующими.
Диатомовые водоросли составляют почти половину органической массы Мирового океана и входят в основу морской пищевой цепи.
Больше фото можно увидеть здесь!
Следует отметить, что наилучшие фильтровальные порошки на территории бывшего СССР получались из озерных диатомитов Масельского месторождения на Кольском полуострове, а лучшими по качеству наполнителями лаков, пластмасс, красок, химических и медицинских препаратов в бывшем Советском Союзе являлись также облагороженные диатомовые порошки Кольского полуострова, характеризующиеся чистотой состава и белизной. (Дистанов 1976, 1998).
Формирование диатомитовых залежей.
Ученые выявили три условия необходимых для формирования диатомитовых залежей.
« Первым условием, благоприятствующим росту диатомей, служит низкая температура, одновременно тормозящая рост бактерий. Поэтому диатомовые озера наиболее обычны в северных широтах и на больших высотах. В морях диатомеи расцветают в умеренных и приполярных зонах и в областях холодных течений. Благоприятны для развития диатомей глубокие прозрачные озера с ледяной водой в придонных горизонтах. Вторым условием является присутствие в воде растворенного кремнезема. Уже при содержании его в количестве 1-5 частей на миллион частей воды образуются богатые залежи диатомита. При содержании от 5 до 20 частей на миллион частей воды происходит пышный расцвет диатомей, но получается также избыток кремнезема, уже не поглощающегося ими. Обычно источником кремнезема служат кварцевые пески, подвергающиеся воздействию щелочных вод. Третьим условием служит наличие питательных веществ с фосфатами и нитратами. Весьма важно отметить отсутствие засоряющих материалов. Оно обусловлено тем, что нет привноса терригенного материала и органических веществ». (Д.В.Наливкин (1956)).
Применение диатомитов
Использование диатомитов, опок и трепелов в различных отраслях промышленности (Дистанов, 1976)
Диатомиты начали использоваться много лет назад. В России, например, инфузорную землю добывали еще в 18 веке в Симбирской губернии. Сейчас в Ульяновской области на базе Инзенского месторождения действует крупнейший комбинат по производству диатомовой крошки и пенодиатомовых изделий. А.Нобиль на основе диатомита и нитроглицерина изобрел динамит. Широко использовался диатомит в качестве строительного материала или добавок к строительным материалам, улучшающих их теплоизоляционные свойства.
В наше время структура потребления диатомитов, составляющих основную долю в добыче опал-кристобалитовых пород различна в разных странах. Так в США они в основном используются для производства фильтровальных порошков (72%) и наполнителей (14%). В странах СНГ 85% процентов диатомитов применяется в промышленности строительных материалов и 15% процентов – для получения фильтровальных порошков, носителей и наполнителей. В отраслевой структуре потребления диатомитов России также доминирует промышленность строительных материалов, для которой используется 93-95% добываемых диатомитов, а для производства облагороженных порошковых материалов – лишь 5-7% (Дистанов, 1998).
В зависимости от особенностей состава диатомитов, их физико-механических свойств они могут применяться в качестве сырья для следующих типов материалов и изделий (Дистанов, 1976, 1998; Лосева, 2002 (Рис.):
Теплоизоляционные и строительные материалы Теплоизоляционная и строительная промышленность является одним из основных потребителей диатомитов. Высокая пористость диатомитов обеспечивает хорошие теплоизоляционные и звукоизоляционные качества, а кремнистый состав позволяет использовать их для изоляции поверхностей с температурой до 900-1000 градусов. Они обладают также высокой кислотоустойчивостью.
В естественном состоянии плотные неоген-палеогеновые диатомиты выпиливаются непосредственно в карьере на блоки, кирпичи и плиты. Но прочность их невелика – 9.5-35 кг/см3 . В молотом виде диатомит употребляется для засыпки перекрытий, сводов печей, изоляции ледников, труб, для утепления стен. Объемный вес таких засыпок колеблется от 200 до 600 кг/м3 .
Диатомовый порошок используется для изготовления термоизоляционных мастик. Для повышения связующих и теплоизоляционных свойств его смешивают с асбестом. Асбесто-диатомовые массы – «асбозуриты» используются для обмазки трубопроводов и котлов. Применяются также мастики на основе смеси диатомита с отходами шиферного производства и слюдой, а при изолировании материалов с небольшими температурами смеси диатомита с органическими материалами – опилки, торф, бумага. Для придания мастикам водоустойчивости к ним добавляют битум (нефтебитумные штукатурки).
Вулканит-известково-кремнеземистые теплоизоляционные материалы изготавливают из смеси диатомита, извести – пушонки и асбеста. В качестве наполнителя диатомиты применяются при изготовлении легких, теплоизоляционных ячеистых бетонов – термиза и теплопорита, а в качестве бесцементного вяжущего – для изготовления бетонных изделий.
Обжиговые термоизоляционные диатомовые изделия (кирпич, скорлупы, сегменты) изготавливаются из диатомита с выгорающими добавками (опилками, стружками, торфом).
Строительный диатомовый кирпич, обожженный без выгорающих добавок, вдвое легче обычного, по теплопроводности не уступает дереву, характеризуется высокими звукоизоляционными качествами. В тоже время он менее прочен и морозоустойчив, чем обычный кирпич и, поэтому применяется для строительства малоэтажных зданий, внутренних перегородок и в качестве теплоизоляционного прослоя.
Гидравлические добавки
Цементная промышленность является одним из основных потребителей диатомита, гидравлическая активность которого зависит от содержания аморфной кремнекислоты.
Диатомиты применяются для производства шлако-портландцемента, а также белых и декоративных цементов.
Добавка диатомитов или опок значительно улучшает вяжущие свойства извести.
Адсорбенты и сорбенты
В качестве адсорбентов диатомиты используются в нефтяной, пищевой, химической промышленности и для регенерации отработанных масел.
В сельском хозяйстве используются для кондиционирования химических удобрений, дражирования семян, мелиорациии и пролонгации, гидропоники и производства суспензионных удобрений, в качестве носителей инсектидных препаратов.
Фильтровальные материалы
Одним из наиболее перспективных применений диатомитов является использование их в качестве фильтровальных материалов. Порошки диатомитов являются прекрасными фильтрами в сахарной, крахмало-паточной, пивоваренной и других отраслях пищевой промышленности, при очистке различных масел, суспензий, при производстве лимонной кислоты. Диатомиты обладают большой пористостью и одновременно с этим химической стойкостью в кислых средах, не оказывают влияния на физико-химические свойства фильтрата, обеспечивают отделение как механических примесей, так и коллоидных частиц, поглощают поверхностно-активные вещества, способствуют увеличению поверхностного натяжения соков.
Важными параметрами для применения диатомитов в качестве фильтров являются диаметр их пор и химический состав. Как правило, природные диатомиты мало пригодны в качестве фильтров, необходим их обжиг для удаления глинистых и органических частиц.
Диатомитовые порошки используются для :
– отделения твердых частиц в суспензиях;
– очистки питьевых и промышленных вод;
– фильтрации сахарного сиропа;
– улавливания радиоактивных веществ из жидкостей в атомной промышленности;
– очистки термической фосфорной кислоты;
– очистки серы;
– фильтрации и регенерации технических масел в агрегатах;
– фильтрации пива.
Обезвоживание и обессоливание нефти.
Катализаторы при:
– производстве масел и различных процессах переработки нефти
– как носители катализаторов
– солей Cu,V,Cr,Fe,Mo,Ni и др. в процессах окисления толуола, антрацена, спирта и для ускорения полимеризации углеводородов.
– как носители сульфованадиевых катализаторов при производстве серной кислоты.
Химическое сырье
– для получения жидкого стекла
– основы защитных покрытий в судоремонте, строительстве;
– производство пеностекла и пеноблоков
– эффективных утеплителей;
– производство метасиликата натрия
– отбеливателя в текстильной промышленности;
– для получения каназита
– сырья для производства экологически чистого стекла, стеклотары и хрусталя;
Осушители Диатомиты используются в качестве осушителей газов в промышленности.
Наполнители и носители
– в лакокрасочной промышленности диатомиты повышают прочность пленки, вязкость и огнестойкость красок, сопротивляемость пленок трению, низким температурам, придают лакам и краскам матовость. Известно, что многообразные по форме диатомовые частицы распределяются в слое краски по всей площади, придавая ей такие преимущества, как прочность и долговечность, дополнительные связи, улучшающие адгезию последующих слоёв, укрывистость. Именно многообразие структур створок диатомовых делает материалы эластичными, стойкими к растрескиванию при атмосферных воздействиях. Химическая инертность силиката в сочетании с твёрдостью диатомовой структуры делает полученные материалы практически идеальными для длительной эксплуатации даже в агрессивных средах. Краскам, используемым на транспортных средствах, дорожных знаках и дорожном полотне, они придают высокую отражательную способность в ночное время суток. Благодаря разнообразным формам микроскопических частиц при попадании на них и рассеивании света может создаваться любая степень необходимого блеска.
– При производстве чернил, анилина, ализарина;
– В качестве минеральных наполнителей, улучшающих прочность резины;
– Как наполнители для бумаг, повышающие её белизну и печатные свойства; Как наполнители гигиенических картонов;
– Как наполнители пластмасс, идущих на аккумуляторные бачки и пресс-материалы;
– Носители различных инсектицидных препаратов, а также реактивов;
– Для приготовления порошков со сниженным количеством ядохимикатов, применяемых для обработки семян;
– Для получения медленно действующих удобрений (мочевины, аммиачной селитры) и предотвращения их быстрого выщелачивания грунтовыми водами;
– Для предотвращения слипания удобрений, особенно аммиачной селитры, мочевины, калийных удобрений, их гранулирования;
– Сорбционно-каталитические материалы для кормодобавок в животноводстве;
– Для производства зубной пасты в качестве носителей полезных компонентов, а также тонкого абразива;
– В медицинской и косметической промышленности в качестве носителя
– Также диатомиты использовались А. Нобилем для производства динамита в 1866году
– при пропитке диатомита нитроглицерином;
– При пропитке диатомита серной кислотой получается «сухая серная кислота», удобная для транспортировки; – В зарубежных странах запатентованы составы на основе диатомита, позволяющие ликвидировать утечки водопроводных труб;
Абразивы.
Пасты и жидкости, приготовленные на основе диатомитов используются при полировании мягких металлов (меди, алюминия, золота), мрамора, стеклянных изделий, покрытых лаком поверхностей. Для этих целей необходимы тонкодисперсные диатомиты, без примесей крупных частиц (типа кольских и карельских).
XXI век – век кремнезема и нанотехнологий. В этом отношении кремнистые по составу и микроскопические по размерам створки диатомовых водорослей являются весьма перспективными природными образованиями. Возможности их применения в качестве носителей, наполнителей и сырья для особо прочных, термо и кислотоустойчивых материалов существенно возрастают по мере развития научно-технического прогресса, разработки новых технологий. Уже сейчас возможно их использование для:
– получения карбида кремния, необходимого для производства керамических двигателей, деталей и композиционных материалов для космической техники;
– получения кристаллического кремния, используемого в электронной и электротехнической промышленностях
– керамические электроизоляторы, стекловолокна, волоконная оптика, супертонкое волокно;
– для синтеза искусственных цеолитов в нефтехимии
– крекинг нефти;
Источники:
А. Н. Толстоброва, Д. С. Толстобров, В. В. Колька, О. П. Корсакова «История развития озера Осинового (Кольский регион) в позднеи постледниковое время по материалам диатомового анализа донных отложений. (Труды Карельского научного центра РАН № 5. 2016. С. 106–116).
Демидов И.Н., Шелехова Т.С. Диатомиты Карелии (особенности формирования, распространения, перспективы использования). Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2006, 89 с.озаводск: Карельский научный центр РАН, 2006, 89 с.