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, наи
более разведанным, изученным и перспективным для промышленной разработки сапонита в мире.
Минерал сапонит
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 10-12%) 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 — 42,18 — 54,56%
TiO2 — 1,05 — 1,85%
Al2O3 -12,2 — 14,96%
Fe2O3 — 10,10-15,44%
FeO — 0,72 — 1,3%
MgO — 7,02 — 13,43%
Mn2O7 — 0,11 – 0,33%
CaO — 1,01 — 10,62%
Na2O — 0,1 — 1,0%
K2O — 0,19 — 2,91%
P2O5 — 0,083 – 0,236%
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 участвует 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 сапонит 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 в Украине, тем более оказавшееся экологически чистым.
