Элитный шунгит
Элитный шунгит Вопрос от Галины:
Здрасти! На веб-сайте есть ответ Олега Мосина на вопрос о так именуемом «элитном» шунгите. Если я верно сообразила, в нем дается общая черта шунгита А все же есть отличие обыденного шунгита от «элитного»? Буду очень благодарна за пояснение С почтением Галина.
Отвечает к.х.н. О.В. Мосин:
Элитный шунгит либо как его время от времени обозначают Шунгит «IШ» — это самородная порода темного цвета, со стеклянным блеском, добываемая ручным методом. Он отличается от других видов шунгита огромным содержанием углерода (90-98%) и фуллеренов. Считается, что таковой шунгит очень эффективен по всем показателям: для настоя воды, нейтрализации ЭМИ, исцеления и т.д.
Элитный шунгит нередко употребляют для производства и ношения разных изделий и украшений – пирамид, оберегов и кулонов. Лично я никогда в собственной практике такового шунгита не встречал, невзирая на то, что в природе, вправду, есть разные разновидности шунгита с разным содержанием углерода в шунгитной породе.
Шунгиты различаются по составу минеральной базы (алюмосиликатной, кремнистой, карбонатной) и количеству шунгитового углерода. Шунгитовые породы с силикатной минеральной основой разделяются на малоуглеродистые шунгитсодержащие (до 5 % С), среднеуглеродистые шунгитистые (5…25 % С) и высокоуглеродистые шунгитовые (25…80 % С) [4]. Сумма (C+SiO2) в шунгитах Зажогинского месторождения находится в границах 83…88 %.
По структуре шунгит представляет собой аллотропную форму метастабильного углерода, находящегося на предграфитовой стадии углефикации. Не считая углерода в состав шунгита, добываемом из Зажогинского месторождения в Карелии, входят также SiO2 (57,0 масс. %), TiO2 (0,2 масс. %), Al2O3 (4,0 масс. %), FeO (0,6 масс. %), Fe2O3 (1,49 масс. %), MgO (1,2 масс. %), MnO (0,15 масс. %), К2О(1,5 масс. %), S (1,2 масс. %) (таблица 1). В продукте, приобретенном при тепловом обжиге шунгита (шунгизит) при 1200-1400 0С,содержатся в маленьких количествах V (0,015 масс. %), B (0,004 масс. %), Ni (0,0085 масс. %), Mo (0,0031 масс. %), Cu (0,0037 масс. %), Zn (0,0067 масс. %), Co (0,00014 масс. %) As (0,00035 масс. %), Cr (0,0072 масс. %), Zn (0,0076 масс. %) и другие элементы (таблица 2).
Физико-химические характеристики шунгита довольно отлично исследованы. Плотность шунгита составляет 2,1…2,4 г/см3; пористость – до 5 %; крепкость на сжатие – 1000…1200 кгс/см2; коэффициент электропроводности – 1500 сим/м; коэффициент теплопроводимости – 3,8 Вт/м .К, адсорбционная емкость до 20 м2/г.
Таблица 1. Хим состав шунгитов Зажогинского месторождения (Карелия) (масс. %)
№
Элемент,
компонент
Хим компонент
Содержание,
масс. %
1
Углерод
С
30,0
2
Оксид кремния
SiO2
57,0
3
Оксид титана
TiO2
0,2
4
Оксид алюминия
Ai2O3
4,0
5
Оксид железа (II)
FeO
0,6
6
Оксид железа (III)
Fe2O3
1,49
7
Оксид магния
MgO
1,2
8
Оксид марганца
MnO
0,15
9
Оксид кальция
CaO
0,3
10
Оксид натрия
Na2O
0,2
11
Оксид калия
K2O
1,5
12
Сера
S
1,2
13
Влажность
H2O
1,7
Таблица 2. Хим состав шунгита после термической обработки при 1200-1400 0С
№
Элемент,
компонент
Хим компонент
Содержание,
масс. %
1
Углерод
С
26,25
2
Оксид кремния
SiO2
3,45
3
Оксид титана
TiO2
0,24
4
Оксид алюминия
Ai2O3
3,05
5
Оксид железа (II)
FeO
0,32
6
Оксид железа (III)
Fe2O3
1,01
7
Оксид магния
MgO
0,56
8
Оксид марганца
MnO
0,12
9
Оксид кальция
CaO
0,12
10
Оксид натрия
Na2O
0,36
11
Оксид калия
K2O
1,23
12
Сера
S
0,37
14
Оксид фосфора
P2O3
0,03
15
Барий
Ba
0,32
16
Бор
B
0,004
17
Ванадий
V
0,015
18
Кобальт
Co
0,00014
19
Медь
Cu
0,0037
20
Молибден
Mo
0,0031
21
Мышьяк
As
0,00035
22
Никель
Ni
0,0085
23
Свинец
Pb
0,0225
24
Стронций
Sr
0,001
26
Хром
Cr
0,0072
26
Цинк
Zn
0,0067
27
Влажность
H2O
0,78
28
Утраты при прокаливании
ППП
32,78
Уникальные характеристики шунгита определяются наноструктурой и составом образующих его частей. Шунгитовый углерод умеренно распределен в силикатном каркасе из мелкодисперстных кристаллов кварца, размерами 1-10 мкм., что доказано исследовательскими работами ультратонких шлифов шунгита способом растровой электрической микроскопии (РЭМ) в поглощенных и обратнорассеянных электронах (рис. 1).
Рис. 1. Структура шунгитовой породы в растровом электрическом микроскопе. Область сканирования 100×100 мкм., разрешение 0,3 нм, повышение 500000 раз. Стрелками показаны силикатный каркас из мелкодисперстного кварца, размерами 1-10 мкм. и умеренно распределенный углерод.
Шунгитовое углеродистое вещество является продуктом высочайшей степени карбонизации углеводородов. Его элементный состав (масс. %): С — 98,6…99,6, Н — 0,15…0,5, (Н+О) — 0,15…0,9. При фактически неизменном элементном составе шунгитового углеродистого вещества наблюдается непостоянство его структур — молекулярной и надмолекулярной, поверхностной, пористой. Рентгеноструктурные исследования проявили, что по молекулярной структуре шунгитовый углерод представляет собой жесткий углерод, составляющие которого могут находиться в состоянии близком как к графиту, так и к газовой саже и стеклоуглероду, т. е. очень разупорядоченным. Углеродистое вещество шунгитов с очевидно выраженной структурной анизотропией проявляет существенное повышение диамагнетизма при пониженных температурах, свойственное для фуллеритов.
Базу шунгитного углерода составляют полые мультислойные фуллереноподобные сферическия глобулы, поперечником 10…30 нм, содержащие пакеты плавненько изогнутых углеродных слоев, обхватывающих нанопоры (рис. 2). Структура глобулы устойчива относительно фазовых переходов шунгитового углерода в другие аллотропные формы. Фуллереноподобные глобулы могут содержать от нескольких 10-ов до нескольких сотен атомов углерода и различаться по форме и размерам. Фуллерены в первый раз были открыты в 1985 году при лазерном облучении твёрдого графита. Позднее фуллерено-подобные структуры были обнаружены не только лишь в графите, да и в образующейся в дуговом разряде на графитовых электродах саже, также в шунгите (0,001 масс. %). Кристалл, образованный молекулами фуллеренов (фуллерит) является молекулярным кристаллом; переходной формой меж органическим и неорганическим веществом. Фуллерит имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку размером 1,42 нм, расстоянием меж наиблежайшими соседями — 1 нм и числом ближайших соседей в ГЦК решетке фуллерита, равным 12. При 249 К в фуллерите наблюдается фазовый переход первого рода, при котором ГЦК решетка перебегает в ординарную кубическую с повышением объема фуллерита на 1%. Плотность фуллерита составляет 1,7 г/см3, что несколько меньше плотности и шунгита (2,1…2,4 г/см3) и графита (2,3 г/см 3).
Рис. 2. Нанодифракционная электронограмма углерода шунгита в виде сферических мультислойных фуллереноподобных глобул, поперечником 10…30 нм, приобретенная способом РЭМ (зонд 0,3…0,7 нм, энергия пучка электронов 100-200 кВ, радиус пучка 10 нм, спектр поворота гониометра –27…+27 град). Слева флуоресциирующие фуллереноподобные сферические глобулы; справа – мультислойные фуллереноподобные сферические глобулы с пакетами углеродных слоев, при более высочайшем разрешении.
Соответствующей особенностью структуры фуллеренов будет то, что атомы углерода размещены в верхушках правильных шестии пятиугольников, покрывающих поверхность формирующейся графитовой сферы либо эллипсоида и составляют замкнутые полиэдры, состоящие из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода, находящихся в состоянии sp2 –гибридизации. Атомы углерода, образующие сферу, связаны меж собой ковалентной С-С связью, длина которой в пятиугольнике – 0,143 нм, в шестиугольнике – 0,139 нм. Молекулы фуллеренов могут содержать 24, 28, 32, 36, 50, 60, 70 и т.д. атомов углерода (рис. 3). Фуллерены с количеством углеродных атомов n<60 являются неуравновешенными. Высшие фуллерены, содержащие большее число атомов углерода (n<400), образуются в малозначительных количествах и нередко имеют достаточно непростой изомерный состав. В углеродистом веществе шунгитовых пород выявлены фуллерены (С60, С70, С74, С76, С84 и др.), также фуллереноподобные структуры, как обособленные, так и связанные с минералами. Описаны и трубчатые разновидности углеродных фуллереноподобных кластеров - нанотрубки и пленочные формы.
Рис. 3. Разновидности природных и синтетических фуллеренов с разным количеством атомов углерода: С24, С28, С32, С36, С50, С60, С70.
Благодаря сетчато-шарообразному строению природные фуллерены и их синтетические производные являются безупречными сорбентами и наполнителями. Толщина сферической оболочки молекулы фуллерена С60 составляет ~0,1 нм с радиусом молекулы — 0,357 нм. Помещая снутри углеродных кластеров различные атомы и молекулы, можно создавать разные материалы и сорбенты с широким диапазоном физико-химических параметров. В текущее время на базе фуллеренов синтезировано более 3 тыщ новых соединений. Перспективы развития синтеза фуллеренов связаны с особенностями хим строения молекул фуллеренов – трехмерных аналогов ароматичных структур и наличием огромного числа двойных сопряженных связей и обскурантистских центров на замкнутой углеродной сфере. Владея высочайшей электроотрицательностью, фуллерены выступают в хим реакциях как сильные окислители. Присоединяя к для себя радикалы различной хим природы, фуллерены способны создавать широкий класс хим соединений, владеющих разными физико-химическими качествами. Композиция фуллерена с представителями огромного количества узнаваемых классов веществ открывает для химиков-синтетиков возможность получения бессчетных производных этих соединений.
Источник:
Cтатья О. В. Мосина Новый природный минеральный сорбент – шунгит // Сантехника. 2011. N 3. С. 34-36.