Химия и химические технологии/7. Неорганическая химия

Кортунова Т.А., Россохатский Н.И., Степаненков Г.П.

ГАОУ СПО «Волгоградский медико-экологический техникум», Россия

Бишофит – уникальный природный материал

В 1960 году геологи, произведя разведочное бурение на нефть и газ, добыли в Нижневолжских степях минерал, по внешнему виду похожий на лед, но с более богатой гаммой цветов – от нежно- голубого до вишневого. Вынутый из подземных недр, на воздухе он быстро таял, превращаясь в маслянистую жидкость.

Этот минерал находится в недрах Земли в виде кристаллической соли, оставшейся от испарения древнего моря, впервые был обнаружен в цехштейновых отложениях в Германии немецким ученым Густавом Бишофитом, в честь которого он и был впоследствии назван. В ископаемом виде бишофит встречается в виде соляной зернисто-кристаллической породы. В чистом виде кристаллы бишофита водяно-прозрачные, но могут иметь белую, розовую и бурую окраску в зависимости от примесей. Бишофит легко растворяется и имеет горько-соленый вкус. Долгое время он считался редким минералом – до обнаружения его месторождения в 1930-1950 гг. на приволжской территории. Там на протяжении многих лет рабочие-бурильщики замечали, что суставы меньше болели, если они руки мыли руки рассолом, добываемым при бурении артезианских скважин. Это обстоятельство не могло не заинтересовать специалистов-медиков. Тогда же прошли успешные испытания этого сверхкрепкого рассола бромидов и хлоридов магния, обогащенного природными микроэлементами, и было получено разрешение Минздрава на его применение в лечебных целях. Таким образом, с 1985 г. официально признаны лечебные свойства бишофита.

Соль древнего моря высокоэффективное, экологически чистое бальнеологическое средство с высоким содержанием магния, калия, брома, железа и других жизненно важных элементов, широко применяется в санаторно-курортных и домашних условиях. Благодаря современной, высокоэффективной технологии, бишофит в процессе переработки не теряет высокое природное качество, вследствие чего способен выдержать конкуренцию с импортным бишофитом, поставляемым на международный рынок.

Установлено, что бишофит содержит в своем составе несколько десятков микроэлементов, концентрация некоторых из которых приближается к промышленно значимой. В нем содержится также незначительное количество сульфатных минералов и группа гидрослюд.

Минералогический состав бишофита включает в себя следующие основные компоненты (таблица 1).

Таблица 1

Наименование компонента	Содержание, % (масс.)
Бишофит MgCl2 · 6H2O	88-99
Карналлит KCl · Mg Cl2 · 6H2O	0,1-5,5
Кизерит MgSO4 · H2O	0,1-2,8
Бромистый магний MgBr2	0,45-0,98
Ангидрит CaSO4	0,1-0,7
Галит NaCl	0,1-0,4

Встречается бишофит на многих континентах, в разных по возрасту отложениях, в том числе в современных. В СССР незначительные залежи были известны в Западной Украине, Белоруссии, Казахстане. Все они были в виде маломощных, непротяженных пластов. Бишофит весьма гигроскопичен - тает даже на воздухе, поэтому учеными не допускается мысль, что он может сохраниться в ископаемом состоянии в недрах, где всегда присутствует влага. В качестве подтверждения приводился довод - нигде в мире не было находок крупных залежей. Поэтому во многих энциклопедиях появилось утверждение, что бишофит – ценный минерал, но промышленных залежей не образует.

По разным объективным и субъективным причинам этот уникальный природный минерал – сырье для производства брома, огнеупоров и металлического магния – оставался в тени и не использовался в различных отраслях народного хозяйства. Более того, не существовало и надежной технологии его добычи и переработки.

Применение бишофита как сырья

Одна из сфер использования бишофита состоит в возможности получения из него ценных продуктов. Рассол бишофита – наилучшее сырье для получения таких важнейших продуктов для промышленности и сельского хозяйства как оксид магния и металлический магний. Из 1м³ рассола хлорида магния с концентрацией 420 кг/м³ можно получить около 177 кг оксида магния или 107 кг металлического магния. Ранок для этих продуктов огромен и, как утверждают специалисты, чем больше их будет производиться, тем больше будет возникать потребностей.

Области применения оксида магния разнообразны – от промышленности до медицины и ветеринарии. Его используют при изготовлении основных огнеупоров: магнезиальных, магнезиально-известковых и др., которые широко применяются в мартенах и конверторах, в печах для выплавки цветных металлов, в цементной и стекольной промышленности, электротермического оборудования, необходимого для точной термообработки черных и цветных металлов, ряда строительных материалов; производстве резины, трансформаторной стали; варке целлюлозы.

Использование магния в большой степени основано на трех его свойствах: способности к формированию соединений с другими металлами, высокой химической реакционной способности и низкой плотности.

Области применения металлического магния также широки: его используют как восстановитель при производстве ванадия, хрома, титана, циркония; как составную часть большинства алюминиевых сплавов; для получения различных магниевых сплавов, широко применяемых в автомобилестроении; отливка металлических компонентов при литье в землю или под давлением, очистки стали от серы; как добавку к чугуну, химические реагенты; при использовании зажигательных приборов, удалении висмута из свинца.

Из бишофита также получают гидроксид магния, применяемый при производстве полимеров, бумаги, резины, пластмассы, типографской краски, удобрений, для нейтрализации кислых сточных вод; удаления и извлечения тяжелых металлов, аммиака и фосфатов из сточных вод, при биологической нитрификации образования шлака в бойлерах и мусоросжигательных печах.

Еще один важнейший для промышленности и сельского хозяйства продукт, получаемый из природного бишофита - бром.

Использование бишофита в растениеводстве

Исследованиями установлена возможность применения бишофита в растениеводстве для повышения урожайности плодово-ягодных культур и устойчивости к вредителям и болезням.

Обработку культур желательно проводить в два этапа в период покоя растений:

· в ранневесенний;

· в весенне-летний.

В ранневесенний период при достижении среднеустойчивых температур + 5⁰С до распускания почек (конец марта – начало апреля) для уничтожения зимующих стадий вредителей и возбудителей болезней проводят опрыскивание плодовых деревьев 5%-ным раствором бишофита. Против щитовки используют 10%-ый раствор.

В весеннее-летний период (после цветения) для повышения устойчивости к вредителям и болезням семечковых (яблоневая моль, плодожорка, пяденицы, тли, парша, мучнистая роса и др.) и косточковых (монилиоз сливы, коккомикоз черешни, клястероспориоз абрикоса, слизистый пилильщик, минирующая моль, долгоносик и др.) культур проводят обработку (внекорневую подкормку) деревьев 2,5%-ным раствором бишофита. Для подавления размножения тлей на вишне используют 3%-ный раствор.

Более чувствительные деревья и ягодные культуры (персик, смородина, крыжовник, клубника) опрыскивают 2%-ным раствором.

Спустя 12-15 дней рекомендуется провести повторную обработку сада с использованием раствора, указанных выше концентраций. Для повышения результативности применения бишофита в рабочий раствор добавляют 100-150 г мыла на 10л воды.

Применение более концентрированных растворов нежелательно, т.к. они вызывают ожоги листьев и плодов.

Применение бишофитных ванн и компрессов из рассола бишофита

Приготовление ванн

В ванну емкость 150-200 л вливают 4 л 30%-ного рассола бишофита, доводят до температуры 35-36⁰С.

Бишофитные ванны бывают местными или общими ванн, температура 35-36⁰С, продолжительность приема ванны 10-15 минут через день. Курс состоит из 10-12 ванн.

Принимая во внимание, что бишофитный рассол в разведении 1:50 представляет собой приближенный аналог йод-бромных вод, бишофитные ванны назначают при следующих заболеваниях:

опорно-двигательного аппарата (артрит, артрозы, болезнь Бехтерева, остеохондрозы);

периферической нервной системы (радикулит, невриты, ганглиониты);

гинекологических (воспалительные процессы);

сердечно-сосудистых (атеросклероз, гипертоническая болезнь 1 и 2 степени функциональных, периферических сосудов, вегетодистония).

Лечебное действие компрессов

Компрессы с бишофитом оказывают умеренное противовоспалительное и анальгезирующее действие при хронических воспалительных заболеваниях.

Это заболевания опорно-двигательного аппарата: деформирующий артроз, в том числе осложненный вторичным синовитом, ревматоидный артрит, остеоартроз, без выраженных проявлений реактивного синовита, вертеброгенные заболевания нервной системы.

Компрессы с бишофитом можно применять как в стационарах, так и в домашних условиях под наблюдением врача.

Подлежащий лечебному воздействию участок тела (сустав, область поясницы и др.) согревают синей лампой или горячей грелкой в течение 3-5 мин. На блюдце наливают 20-30г. подогретого до 38-40⁰С бишофита и, смачивая пальцы рассолом, слегка втирают в болезненное место, как бы массируя ткани в течение 3-5 мин. Затем оставшимся рассолом пропитывают марлю, накладывают на сустав или другую болезненную область, накрывают вощеной бумагой и весь участок укутывают, делая согревающий компресс.

Процедуру обычно проводят на ночь, оставляя компресс на 8-10 часов. Утром остатки бишофита смывают с кожи теплой водой. На курс лечения рекомендуется 12-14 процедур, проводимых через день. При появлении признаков раздражения кожи лечение прерывают. После исчезновения явлений раздражения лечение может быть продлено. Одновременно воздействие можно проводить не более чем на 2-3 крупных сустава.

Больным с нарушением функции сердечно-сосудистой системы следует использовать минимальную дозировку: длительность процедуры сокращают до 6-7 часов и воздействуют лишь на один из суставов.

Повторный курс лечения можно проводить через 2-3 месяца. При уменьшении болевых ощущений в суставах следует активно увеличить обьем движений. При значительном обострении или непереносимости процедур их отменяют.

Побочные действия. Раздражение кожных покровов при ежедневном применении компрессов.

Противопоказания. Индивидуальная непереносимость процедур; заболевание в острой стадии, а также тяжелое клиническое течение заболевания; заболевания кожи в области воздействия; возникновение признаков бромизма, йодизма и других аллергических состояний.

Контроль загрязняющих веществ

В связи с развивающейся добычей бишофита возникает необходимость усиления контроля загрязняющих веществ, поскольку существует вероятность сверхнормативного загрязнения окружающей природной среды. Среди загрязнителей можно выделить такие, как сульфаты, хлориды, гидрокарбонаты, калий, натрий, кальций, нефтепродукты.

Сульфаты в природных водах обладают умеренно выраженными токсичными свойствами. При концентрации 1000-2000 мг/л они вызывают поражение желудочно-кишечного тракта у рыб, массовую гибель беспозвоночных.

Хлориды в природных водах обладают также умеренно выраженными токсичными свойствами. Концентрация хлоридов 1500 мг/л опасна для крупного рогатого скота, овец, свиней, домашних животных и домашней птицы. Токсическое действие на рыб оказывается при концентрации хлоридов 400 мг/л и более.

Гидрокарбонаты в природной воде оказывают токсическое воздействие на гидробионтов лишь при больших концентрациях. Однако постоянно повышенная концентрация их в воде приводит к нарушению метаболизма у водных организмов, в особенности высших (рыб) и делает воду непригодной для водопоя.

Калий при поступлении в организм в больших количествах оказывает острое токсическое действие, особенно он опасен для беспозвоночных гидробионтов. Этот элемент усиливает свое токсическое действие в сочетании с тяжелыми металлами.

Натрий опасен для теплокровных животных, что ограничивает возможность использования загрязненных им водоемов для водопоя. Он снижает репродуктивную способность водных беспозвоночных. Вредной считается концентрация ионов натрия, равная 200 мг/л.

Кальций при содержании более 1800 мг/л оказывает острое токсическое действие на теплокровных животных и человека.

Нефтепродукты, помимо общего острого токсического воздействия на гидробионтов, формируют пленку на поверхности воды и тем самым нарушают естественный газообмен между водным объектом и атмосферной. Последствия этого – заморы (массовая гибель рыб и беспозвоночных из-за снижения концентрации кислорода в воде), ускоренная эвтрофикация (заболачивание) водоема.

При проведении анализов природной воды применяют следующие методы количественного химического анализа (таблица 2).

Таблица 2

Методы определения содержания

загрязняющих веществ в природной воде

в районе добычи бишофита

№ п/п	Перечень ингредиентов	Метод КХА
1	Сульфаты	Ионно-хроматографический
2	Хлориды	Ионно-хроматографический
3	Гидрокарбонат- ион	Потенциометрический и титриметрический метод
4	Калий	Пламенно-эмиссионный спектрометрический метод
5	Натрий	Пламенно-эмиссионный спектрометрический метод
6	Кальций	Атомно-абсорбционный спектрометрический метод
7	Нефтепродукты	ИК-спектрометрический метод
8	Жесткость общая	Титриметрический
9	Реакция среды	Потенциометрический
10	Сухой остаток	Гравиметрический метод

По сравнению с другими месторождениями (Украина, Белоруссия, Германия), Волгоградское месторождение бишофита отличается большими размерами, объемами запасов минерала, простотой строения, чистотой состава, высокой концентрацией брома, потенциалом бишофитовых солей, богатейшим набором микроэлементов, содержание которых доходит до промышленно выгодных. Суммарные ресурсы сырых солей Волгоградского месторождения измеряются сотнями миллиардов тонн, брома - более миллиарда тонн.

Реализация программы освоения Волгоградского месторождения бишофита, позволит ликвидировать существующий в стране дефицит по брому, огнеупорам, прикладу, магнию и их производным, создать или расширить новое направление – бромсодержащие органические вещества и стать крупнейшим экспортером готового бишофита.

Строительство и эксплуатация производственных площадок объектов солепромысла в той или иной степени приводит к преобразованию природных условий в районах их расположения, за счет увеличения техногенной нагрузки на компоненты природных комплексов. Проводимые рекультивационные работы позволяют восстановить почвенно-растительный покров в течение 3-5 лет.

Простота и надежность добычи бишофита; экологическая чистота производства, возможность автоматизации процесса добычи позволяют удешевить стоимость получаемого раствора и делают производство прибыльным и эффективным.

Используемые человеком ресурсы должны управляться таким образом, чтобы можно было обеспечить и сохранить их оптимальную и постоянную производительность, но без ущерба для целостности экосистем.

Основными путями снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы служат: разработка и внедрение очистных фильтров на предприятиях, внедрение замкнутых воздушных циклов с частичной рециркуляцией воздуха, использование экологически безопасных источников рециркуляции воздуха, экологически безопасных источников энергии, безотходной технологии производства.

Человек должен приобретать знания, необходимые для расширения его возможностей по использованию природных ресурсов, сохраняя при этом виды и экосистемы на благо нынешнего и будущих поколений. Причины гибели биологических и экологических систем – в культурном уровне общества, в частности в его нравственности. Без нравственной культуры никакие законы и постановления не будут действенными.

На сегодняшний день проблема загрязнения окружающей среды весьма актуальна. Необходимо проводить контрольные мероприятия, направленные на исследование состояния компонентов окружающей среды. Если эти мероприятия не будут проведены, то загрязнение окружающей среды вызовет целый ряд неблагоприятных последствий, которые в дальнейшем могут негативно сказаться на жизни и здоровье людей.

Литература

Барковский В.Ф., Городенцева Т.Б. Основные физико-химические методы анализа. – М.: Высшая школа, 1983.

Боголюбов С.А. Комментарий к закону РФ «об охране окружающей природной среды». – М.: Норма,2000.

Брылев В.А. Экскурсии в родную природу. – Волгоград: Нижневолжское книжное изд-во, 1984.

Вавилин О.А. Защита атмосферного воздуха от промышленных выбросов. – М.: Лесная промышленность, 1986.

Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды. – М.: Изд-во АН СССР, 1975.

Мухина Е.А. Физико-химические методы анализа. – М.: РАО АПО, 1997.

Смирнов Н.Н. Мониторинг биологической составляющей биосферы. – Л.: 1980.