Диатомит тасы және оның қасиеттері

Кіріспе

Жұмсақ, кремнийлі шөгінді тау жынысы.

Диатомалық жер (/d//aɪ//.//ə//t//ə/'/m//eɪ//ʃ//ə//s/ DYətəMAYshəs), диатомит (/d//aɪ/'/æ//t//ə//m//aɪ//t/ dyATəmyte), целит немесе кизельгур/кизельгур – табиғи түрде кездесетін, жұмсақ, кремнийлі шөгінді тау жынысы, оны ұсақ, ақ түстен ақшыл түске дейін ұнтақтауға болады. Оның бөлшектерінің мөлшері 3 мм-ден асатыннан 1 мкм-ден кемге дейін, бірақ көбінесе 10-200 мкм аралығында болады. Бөлшектерінің ірілігіне байланысты, бұл ұнтақ пемза ұнтағына ұқсас абразивтік сезім береді және жоғары кеуектілігінің нәтижесінде төмен тығыздыққа ие. Пеште кептірілген диатомалық жердің әдеттегі химиялық құрамы – 80–90% кремний, 2–4% алюминий (көбінесе саз минералдарына байланысты) және 0,5–2% темір оксиді. Диатомалық жер диатомдардың – қатты қабықты микроорганиздердің – қазбаланған қалдықтарынан тұрады. Ол сүзгілеуге көмектесетін зат, металл жылтырату және тіс пастасы сияқты өнімдерде жұмсақ абразив, механикалық инсектицид, сұйықтықтарды сіңіретін материал, жабындардағы матость беруші зат, пластик және резеңкеде нығайтушы толтырғыш, пластик пленкаларда жабысуды болдырмайтын қосымша, химиялық катализаторлар үшін кеуекті таяу, мысықтарға арналған төсек, коагуляция зерттеулерінде активатор, динамиттің тұрақтандырушы компоненті, жылу оқшаулағыш және горшктегі өсімдіктер мен ағаштар үшін топырақ ретінде қолданылады (бонсай өнеріндегідей). Ол сондай-ақ, стационарлық фаза ретінде шыны немесе металдан жасалған газ хроматографиясының құйылған бағаналарында қолданылады.

Құрамы

Диатомит кендерінің әрқайсысы ерекше, таза диатомит пен басқа табиғи саз және минералдардың әртүрлі араласуынан тұрады.

Құрылу

Диатомит – көл шөгінділерінде немесе теңіз шөгінділерінде өлген диатомиялардың (микроскопиялық бір жасушалы балдырлар) аморфты кремний қышқылының (опал, SiO2*nH2O) жиналуынан пайда болады. Қалдықтар симметриялық қабықшалар немесе фрустулалардан тұрады. Диатомиялар аморфты кремнийге қанығу деңгейі 1%-дан төмен болған суда кремнийді сіңіре алады (қанығу индексі (SI): 2). Олардың фрустулалары органикалық матрицамен қоршалғандықтан ерімейді. Сонымен қатар, саз минералдары фрустулаларға тұнбаланып, теңіз суында ерімейтіндей қорғайды. Диатомия өлгенде, оның органикалық қабаты жоғалып, фрустула теңіз суына ұшырайды. Осының салдарынан, фрустулалардың бар болғаны 1%-дан 10%-ға дейін шөгінділердің астында сақтауға жеткілікті уақытқа тірі қалады, ал олардың бір бөлігі шөгінділерде еріп кетеді. Диатомиялар өндірген кремний қышқылының бастапқы мөлшерінің шамамен 0,05%-дан 0,15%-ға дейін ғана шөгінділерде сақталады.

Басқа депозиттер

Польшада Яворникте диатомит кен орындары табылады, олар негізінен диатомдардың қаңқаларынан (фрустулалардан) тұрады. Германияда диатомит Аленшлирфте (Вогольберг) және Кликенде (Саксония-Анхальт) жерлерінде де өндірілген. Чехиядағы Соос табиғат қорығында бірнеше метрден қалың диатомит қабаты бар. Шотландияның батыс жағалауындағы Скай аралындағы кен орындары 1960 жылға дейін игерілді. Колорадо штатында және АҚШ-тың Невада штатындағы Кларк округінде бірнеше жүз метрге дейін қалыңдығы бар кен орындары кездеседі. Теңіздік кен орындары Калифорния штатының Санта-Барбара округіндегі Сискуок формациясында, Ломпок маңында және Оңтүстік Калифорния жағалауында өңделген. Бұл әлемдегі ең ірі диатомит кен орны. Мэриленд, Вирджиния, Алжир және Данияның МоКлей аймақтарында қосымша теңіздік кен орындары игерілген. Тұщы сулы көлдердегі кен орындары Невада, Орегон, Вашингтон және Калифорнияда кездеседі. Көлдік шөгінділер сондай-ақ АҚШ-тың шығысындағы, Канададағы және Еуропадағы Германия, Франция, Дания және Чехиядағы мұз аралық көлдерде де табылады. Диатомит және жанартау кен орындарының әлемдік байланысы, жанартау күлінен кремнийдің болуы қалың диатомит кен орындарының қалыптасуына қажет болуы мүмкін екенін көрсетеді. Диатомдардың кремнийлі фрустулалары тұщы және тұзды батпақтар мен көлдерде жиналады. Кейбір торф және лайлы топырақтарда фрустулалар жеткілікті мөлшерде болады, оларды өндіруге болады. Флорида штатының диатомиттерінің көп бөлігі батпақтар мен көлдердің лайлы топырақтарында табылды. 1935 жылдан 1946 жылға дейін «Америкалық диатомит корпорациясы» Флорида штатының Клермонт қаласы маңындағы өңдеу орнынан жылына максимум 145 тонна өнім алды. Флорида штатының Лейк округіндегі бірнеше жерден алынған лайлы топырақтар кептіріліп, күйдірілді (кальцинацияланды) және диатомит топырағы алынды. Бұрын ол Исландиядағы Мюватн көлінен өндірілген. Диатомит кен орындарының коммерциялық запастары тек үшінші және төртінші кезеңдерге ғана тән. Кредит кезеңінен бастап ескірек кен орындары белгілі, бірақ олардың сапасы төмен. Жаңа Зеландияда қазбаларға бай диатомит кен орындары табылды, бірақ Фолден-Маар кен орындарын өнеркәсіптік масштабта жануарлар азығына айналдыру үшін игеруге қарсы күшті оппозиция туды.

In Poland diatomaceous earth deposits are found in Jawornik, and are composed mostly of diatomaceous skeletons (frustules). In Germany, diatomaceous earth was also extracted at Altenschlirf on the Vogelsberg (Upper Hesse) and at Klieken (Saxony Anhalt). There is a layer of diatomaceous earth more than thick in the nature reserve of Soos in the Czech Republic. Deposits on the Isle of Skye, off the west coast of Scotland, were mined until 1960. In Colorado and in Clark County, Nevada, United States, there are deposits that are up to several hundred meters thick in places. Marine deposits have been worked in the Sisquoc Formation in Santa Barbara County, California near Lompoc and along the Southern California coast. This is the world's largest deposit of diatomite. Additional marine deposits have been worked in Maryland, Virginia, Algeria and the MoClay of Denmark. Freshwater lake deposits occur in Nevada, Oregon, Washington and California. Lake deposits also occur in interglacial lakes in the eastern United States, in Canada and in Europe in Germany, France, Denmark and the Czech Republic. The worldwide association of diatomite deposits and volcanic deposits suggests that the availability of silica from volcanic ash may be necessary for thick diatomite deposits. The siliceous frustules of diatoms accumulate in fresh and brackish wetlands and lakes. Some peats and mucks contain a sufficient abundance of frustules such that they can be mined. Most of Florida's diatomaceous earths have been found in the muck of wetlands or lakes. The American Diatomite Corporation, from 1935 to 1946, refined a maximum of 145 tons per year from their processing plant near Clermont, Florida. Muck from several locations in Lake County, Florida was dried and burned (calcined) to produce the diatomaceous earth. It was formerly extracted from Lake Mývatn in Iceland. The commercial deposits of diatomite are restricted to Tertiary or Quaternary periods. Older deposits from as early as the Cretaceous Period are known, but are of low quality. Diatomite deposits rich in fossils have been located in New Zealand, but mining of the Foulden Maar deposits on an industrial scale, for conversion to animal feed, has drawn strong opposition.

Жарылғыш заттар

1866 жылы Альфред Нобель нитроглицеринді диатомит (кизельгур) ішіне сіңіргенде оның әлдеқайда тұрақты болатынын тапты. Бұл сұйық күйдегі таза нитроглицеринді тасымалдау және қолдану жағынан әлдеқайда қауіпсіздікке мүмкіндік берді. Нобель бұл қоспаны 1867 жылы динамит ретінде патенттеді; бұл қоспа неміс тіліндегі «кизельгур» терминіне сілтеме жасай отырып, «гухр динамит» деп те аталады.

Сүзгілеу

Вильгельм Беркефельд, Celle қаласының инженеры, диатомит топырағының сүзгілеу қабілетін танып, диатомит топырағынан күйдірілген түтікшелі сүзгілерді (фильтр шамдары деп аталады) ойлап тапты. 1892 жылы Гамбургтегі холера эпидемиясы кезінде осы Беркефельд сүзгілері табысты қолданылды. Диатомит топырағының бір түрі, әсіресе жүзу бассейндері үшін сүзгі материал ретінде қолданылады. Оның жоғары кеуектілігі бар, себебі ол микроскоптық деңгейдегі ұсақ, қуыс бөлшектерден тұрады. Диатомит (кейде Celite сияқты тіркелген брендтік аттармен аталады) химияда сүзгілеуге көмектесу үшін, ағын жылдамдығын арттыру және әдетте сүзгі қағазынан өтіп кететін немесе бітетін өте ұсақ бөлшектерді сүзгілеу үшін қолданылады. Ол сонымен қатар суды сүзгілеу үшін, әсіресе ішу суын тазарту процесінде және аквариумдарда, сондай-ақ сыра мен шарап сияқты басқа сұйықтықтарды сүзгілеу үшін де қолданылады. Ол сондай-ақ түсін, дәмін және қоректік қасиеттерін өзгертпей, сироп, қант және балды сүзгілей алады.

Қатты абразивті

Диатомит ең ерте қолданылуы – өте жұмсақ абразив ретінде, тіс пасталарында, металлды жылтыратуға арналған құралдарда және кейбір бетке жағылатын скрабтарда қолданылған.

Жәндіктерді жою

Диатомит абразивті және физикосорбциялық қасиеттерінің арқасында инсектицид ретінде құнды. Бұл ұсақ ұнтақ көптеген жәндік түрлерінің экзоскелеттерінің майлы сыртқы қабатынан липидтерді сіңіреді; бұл қабат жәндіктің денесінен су буының жоғалуына кедергі жасайды. Бұл қабатты зақымдау олардың денелерінен судың булануын күшейтеді, осылайша олар сусызданып, көбінесе өледі. Бұл гастроподтарға (қабықты моллюскаларға) қарсы да әсер етеді және бау-бақшада шұжықтарды жеңу үшін жиі қолданылады. Дегенмен, шұжықтар ылғалды ортада тіршілік ететіндіктен, тиімділігі өте төмен. Диатомасты топырақ тиімділігін арттыру үшін кейде тартымды заттармен немесе басқа қоспалармен араластырылады. Диатомиттердің пішіні липидтерді сіңіруге әсер етеді дегенің дәлелі жоқ; алайда, шұжықтар мен ұлуларға арналған қолдану сияқты кейбір жағдайларда, нақты пішіндегі диатомиттер жақсы нәтиже береді, бұл липидтерді сіңіру ғана маңызды емес екенін көрсетеді. Мысалы, шұжықтар мен ұлулар үшін ірі, тікенді диатомиттер моллюсканың эпителийін жарақаттауға тиімді. Диатом қабықшалары экдиз процесі арқылы қабық түзететін көптеген жануарларға, мысалы, буынтықтылар мен нематодаларға белгілі бір деңгейде әсер етеді. Ол лофотрохозоидтарға, мысалы, моллюскалар мен анелидтерге де басқа да әсер етуі мүмкін. Медициналық сападағы диатомит ірі қара малдың құрттарын жою құралы ретінде зерттелді; екі зерттеуде де диатомасты топырақпен емделген топтар бақылау топтарынан жақсы нәтиже көрсетпеді. Ол көбінесе бор қышқылының орнына қолданылады және төсек құрттарын, үй шаң-тозаңын, тарақандарды, құмырсқаларды және бітелердің таралуын бақылауға және жоюға көмектеседі. Диатомасты топырақ астық сақтауда жәндіктерді бақылау үшін кеңінен қолданылады. Ол ұн сақтау орындарында кездесетін, ұнның майымен қоректенетін шатасқан ұн қоңыздарының жемтігін бақылау үшін де қолданылады. Инсектицид ретінде тиімді болу үшін диатомасты топырақ калцинацияланбауы керек (яғни, қолдану алдында қыздырылмауы керек) және орташа бөлшек мөлшері 12 мкм-ден төмен болуы керек (яғни, тағамдық сападағы – төменде қараңыз). Қауіпсіздігі салыстырмалы түрде төмен деп есептелсе де, диатомасты топырақтан жасалған пестицидтер АҚШ-та Федералдық инсектицидтер, фунгицидтер және кеміргіштерге қарсы заңына сәйкес реттеуден босатылмайды және Қоршаған ортаны қорғау агенттігінде тіркелуі керек.

Diatomite is of value as an insecticide because of its abrasive and physico sorptive properties. The fine powder adsorbs lipids from the waxy outer layer of the exoskeletons of many species of insects; this layer acts as a barrier that resists the loss of water vapour from the insect's body. Damaging the layer increases the evaporation of water from their bodies, so that they dehydrate, often fatally. This also works against gastropods and is commonly employed in gardening to defeat slugs. However, since slugs inhabit humid environments, efficacy is very low. Diatomaceous earth is sometimes mixed with an attractant or other additives to increase its effectiveness. The shape of the diatoms contained in a deposit has not been proven to affect their functionality when it comes to the adsorption of lipids; however, certain applications, such as that for slugs and snails, do work best when a particularly shaped diatom is used, suggesting that lipid adsorption is not the only factor involved. For example, in the case of slugs and snails, large, spiny diatoms work best to lacerate the epithelium of the mollusk. Diatom shells will work to some degree on the vast majority of animals that undergo ecdysis in shedding cuticle, such as arthropods or nematodes. It also may have other effects on lophotrochozoans, such as mollusks or annelids. Medical grade diatomite has been studied for its efficacy as a deworming agent in cattle; in both studies cited the groups being treated with diatomaceous earth did not fare any better than control groups. It is commonly used in lieu of boric acid and can be used to help control and possibly eliminate bed bugs, house dust mite, cockroach, ant, and flea infestations. Diatomaceous earth is widely applied for insect control in grain storage. It is used to control cannibalistic behaviors in confused flour beetles, which infest flour storages. In order to be effective as an insecticide, diatomaceous earth must be uncalcinated (i. e., it must not be heat treated prior to application) and have a mean particle size below about 12 μm (i. e., food grade—see below). Although considered to be relatively low risk, pesticides containing diatomaceous earth are not exempt from regulation in the United States under the Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act and must be registered with the Environmental Protection Agency.

Термиялық

Оның жылулық қасиеттері кейбір өртке төзімді сейфтерде тосқауыл материал ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, криогендік қолдану үшін вакуумдалған ұнтақ оқшаулағыш ретінде де пайдаланылады. Вакуумдық оқшаулаудың тиімділігін жақсарту үшін вакуумдық кеңістікке диатомит ұнтағы салынады. Бұл классикалық AGA плиталарында жылуды ұстап тұратын тосқауыл ретінде қолданылған.

Катализаторды қолдау

Диатомасты жер катализаторлардың тасымалдағышы ретінде де қолданылады, әдетте катализатордың беттік ауданы мен тиімділігін арттыру үшін. Мысалы, никельді – Ni–Kieselguhr деп аталатын бұл материалға жатқызуға болады, бұл оның сутегілендіру катализаторы ретіндегі тиімділігін жақсартады.

Ауыл шаруашылығы

Табиғи тұщы су диатомиялық топырағы астық сақтауда ұнтақталуға қарсы зат ретінде, сондай-ақ жәндіктерге қарсы күресу үшін қолданылады. Оны Азық-түлік және дәрі-дәрмек басқармасы жемге қосылатын қоспа ретінде, ұнтақталудың алдын алу мақсатында бекіткен. Кейбір адамдар оны табиғи құрт тайызғыш ретінде пайдалануға болады деп есептейді, бірақ зерттеулер оның тиімді екенін көрсетпеді. "Тамаққа арналған диатомиялық топырақ" шаруашылық жабдықтары сататын дүкендерде кеңінен қолжетімді. Тұщы су диатомиті гидропоникалық бақтарда өсіру ортасы ретінде пайдаланылуы мүмкін. Ол сондай-ақ горшоктелген өсімдіктерде өсіру ортасы ретінде, әсіресе бонсай топырағы ретінде қолданылады. Бонсай өсірушілер оны топыраққа қоспа ретінде қолданады немесе бонсай ағашын толығымен диатомиялық топыраққа отырғызады. Көкөніс бақшаларында оны кейде топырақты жақсартушы ретінде қолданады, себебі перлит, вермикулит және кеңейтілген саз сияқты, ол су мен қоректік заттарды сақтайды, сонымен бірге тез және еркін кеулеп, өсіру ортасында жоғары деңгейде оттегі айналымын қамтамасыз етеді.

Құрылыс

Ішу процесінен қалған диатомит қызыл кірпіштерді жасау үшін керамикалық массаға қосылуы мүмкін, бұл кірпіштердің ашық кеуектілігін арттырады. Диатомит – әртүрлі керамика, оның ішінде төмен температуралық гидротермиялық технология арқылы кеуекті керамика жасау үшін қолданылатын маңызды бейорганикалық, металл емес материал саналады.

Арнайы сорттары

Триполит – Ливияның Триполи қаласында табылған түрі. Банн балшығы – Солтүстік Ирландиядағы Төменгі Банн аңғарында табылған түрі. Молер (мо сазы) – Данияның солтүстік-батысында, әсіресе Фур және Морс аралдарында табылған түрі. Тұщы судан алынған, тағамдық сападағы диатомит – АҚШ-тағы егін сақтау, мал азырақтауы және жәндіктерге қарсы күресу үшін қолданылатын түрі. Ол күйдірілмей өндіріледі, бөлшектерінің мөлшері өте ұсақ және кристалдық кремнийдің мөлшері өте төмен (<2%). Тұзды судан алынған, бассейн/сыра/шарап сүзгісіне арналған диатомит адамдарға қолдануға жарамсыз және жәндіктерге қарсы тиімді емес. Әдетте, ол сатуға шығарылмас бұрын, қоспаларды және қажетсіз ұшқыш заттарды жою үшін күйдіріледі, бұл тұщы судан алынған түріне қарағанда ірі бөлшектерден тұрады және кристалдық кремнийдің мөлшері жоғары (>60%).

Микробтық ыдырау

Теңіздер мен көлдердегі бактериялардың кейбір түрлері, гидролиттік ферменттерді пайдаланып, өлі және тірі диатомдардағы органикалық балдыр материалдарын ыдырату арқылы кремнийдің еру жылдамдығын арттыра алады.

Климаттық маңызы

Жердің климаты атмосферадағы шаңға тәуелді болғандықтан, атмосфералық шаңның басты көздерін табу климаттану үшін өте маңызды. Жақындағы зерттеулер диатомит топырағының беткі қабаттарының маңызды рөл атқаратынын көрсетіп отыр. Зерттеулерге сәйкес, маңызды көлемдегі шаң Чадтағы Боделе ойпатынан шығады, онда дауылдар диатомит қиыршықтарын құм төбелерге соғып, абразия нәтижесінде шаң пайда етеді.

Қауіпсіздік мәселелері

Кристалл кремнийді жұту өкпеге зиянды, силикозға себеп болады. Аморфты кремний қышқылының уыттылығы төмен деп есептеледі, бірақ ұзақ мерзім бойы дем алу өкпеде өзгерістерге әкелуі мүмкін. Диатомасты топырақ көбінесе аморфты кремний қышқылынан тұрады, бірақ құрамында кристалл кремний қышқылы да бар, әсіресе тұзды су түрінде. 1978 жылғы зерттеуде жұмысшылардың 5 жылдан астам уақыт бойы табиғи диатомасты топыраққа ұшырағандарының өкпесінде маңызды өзгерістер байқалмаған, ал кальцинирленген түріне ұшырағандардың 40%-ында пневмокониоз дамыған. Бүгінгі күні қолданылатын диатомасты топырақ формулалары пайдалануға қауіпсіз, себебі олар негізінен аморфты кремний қышқылынан тұрады және кристалл кремний қышқылының мөлшері аз немесе мүлдем жоқ. OSHA диатомасты топырақ үшін рұқсат етілген шекті мөлшерді 20 мппф (80 мг/м3/%SiO2) деп белгілеген. 3000 мг/м3 деңгейінде диатомасты топырақ адам өмірі мен денсаулығына дереу қауіпті. 1930 жылдары кристобалит диатомасты топырақ өндірісіндегі жұмысшылардың арасындағы ұзақ мерзімді кәсіби әсердің нәтижесінде, ондаған жылдар бойы ауадағы кристалл кремний қышқылының жоғары концентрациясына ұшырағандарда силикозға шағу қаупі жоғары екені анықталды. Бассейн сүзгілері үшін өндірілген диатомит жоғары температурада (кальцинация) және флюс заттарымен (сода күлі) өңделеді, бұл бұрын зиянсыз аморфты кремний диоксидінің кристалл түріне өтуіне себеп болады.