Кизельгур ( / ˌ d aɪ . ə t ə ˈ m eɪ ʃ ə s / DY -ə-tə- MAY -shəs ), диатомит ( / d aɪ ˈ æ t ə m aɪ t / dy- AT -ə-myte ) Целит или кизельгур / кизельгур представляет собой природную мягкую кремнистую осадочную породу , которую можно раскрошить в мелкий порошок от белого до почти белого цвета . Он имеет размер частиц от более 3 мм до менее 1 мкм , но обычно от 10 до 200 мкм. В зависимости от зернистости этот порошок может иметь абразивное ощущение, похожее на порошок пемзы , и имеет низкую плотность из-за высокой пористости . Типичный химический состав высушенной в печи диатомовой земли состоит из 80–90% кремнезема , 2–4% глинозема (в основном принадлежащего глинистым минералам ) и 0,5–2% оксида железа . [1]
Кизельгур состоит из окаменевших остатков диатомовых водорослей , разновидности микроводорослей с твердой оболочкой . Он используется в качестве средства фильтрации , мягкого абразива в таких продуктах, как полироли для металлов и зубная паста , механического инсектицида , абсорбента жидкостей, матирующего агента для покрытий, армирующего наполнителя в пластмассах и резине, антиблока в пластиковых пленках, пористой основы для химических катализаторов, кошачий наполнитель , активатор в исследованиях коагуляции , стабилизирующий компонент динамита , теплоизолятор и почва для горшечных растений и деревьев, например, в искусстве бонсай . [2] [3] Он также используется в насадочных колонках для газовой хроматографии , изготовленных из стекла или металла в качестве неподвижной фазы.
Каждое месторождение диатомовой земли отличается от других: в ней содержатся различные смеси чистой диатомовой земли в сочетании с другими природными глинами и минералами. Диатомовые водоросли в каждом месторождении содержат различное количество кремнезема в зависимости от условий седиментации , наличия других отложений (глины, песка, вулканического пепла), а также от возраста месторождения ( диагенеза , растворения/осаждения кремнезема (SiO 2 ) , диатомовые водоросли тестируют старение). Виды диатомей также могут различаться в зависимости от отложения. Вид диатомей зависит от возраста и палеоэкологии отложения. В свою очередь, форма диатомеи определяется ее видом.
Многие месторождения по всей территории Британской Колумбии , такие как Земля Красного озера, относятся к эпохе миоцена и содержат вид диатомовых водорослей, известный как Melosira granulata . Эти диатомеи имеют небольшую шаровидную форму. Месторождение, содержащее диатомовые водоросли этой эпохи, может дать определенные преимущества перед другими. Например, диатомеи эпохи эоцена не так эффективны в своей способности поглощать жидкости, потому что по мере рекристаллизации более старых диатомей их маленькие поры заполняются кремнеземом. [4]
Диатомит образуется в результате накопления аморфного кремнезема ( опала , SiO 2 · n H 2 O ) остатков отмерших диатомей (микроскопических одноклеточных водорослей ) в озерных или морских отложениях . Ископаемые останки состоят из пары симметричных раковин или панцирей . [1] Морские диатомиты встречаются в сочетании с множеством других типов горных пород, но озерные диатомиты почти всегда связаны с вулканическими породами. Диатомитовый кремень состоит из диатомита, сцементированного кремнеземом . [5]
Диатомовые водоросли способны извлекать кремнезем из воды, насыщенной аморфным кремнеземом менее 1% (индекс насыщения (SI): -2). Их панцири остаются нерастворенными, поскольку окружены органическим матриксом. Глинистые минералы также могут осаждаться на панцирях и предохранять их от растворения в морской воде. Когда диатомея умирает, панцирь лишается органического слоя и подвергается воздействию морской воды. В результате только от 1% до 10% панцирей выживают достаточно долго, чтобы быть погребенными под отложениями, а часть из них растворяется в отложениях. В осадочной летописи сохранилось лишь примерно от 0,05% до 0,15% первоначального количества кремнезема, произведенного диатомовыми водорослями. [6]
В 1836 или 1837 году немецкий крестьянин Петер Кастен обнаружил диатомит (нем. Кизельгур ) при бурении колодца на северных склонах холма Хауссельберг , на Люнебургской пустоши в Северной Германии . [7] [8]
Местом добычи на Люнебургской пустоши был Нойохе 1863–1994 годов, а местами хранения были:
Отложения имеют толщину до 28 метров ( 92 футов) и состоят из пресноводной диатомитовой земли. [ нужна цитата ]
До Первой мировой войны почти все мировое производство диатомита производилось в этом регионе. [ нужна цитата ]
В Польше залежи диатомовой земли обнаружены в Яворнике и состоят в основном из диатомовых скелетов (панцирей). [9]
В Германии диатомит добывали также в Альтеншлирфе [10] на Фогельсберге ( Верхний Гессен ) и в Кликене [11] ( Саксония-Анхальт ).
В заповеднике Соос в Чехии есть слой диатомита толщиной более 6 метров (20 футов). [12]
Месторождения на острове Скай , у западного побережья Шотландии, разрабатывались до 1960 года. [13]
В Колорадо и в округе Кларк, штат Невада , США, имеются отложения, мощность которых местами достигает нескольких сотен метров. Морские отложения разрабатывались в формации Сискок в округе Санта-Барбара, Калифорния, недалеко от Ломпока и вдоль побережья Южной Калифорнии . Это крупнейшее в мире месторождение диатомита. [14] Дополнительные морские месторождения разрабатывались в Мэриленде , Вирджинии , Алжире и Моклее в Дании. Отложения пресноводных озер встречаются в Неваде, Орегоне , Вашингтоне и Калифорнии . Озерные отложения также встречаются в межледниковых озерах на востоке США, в Канаде и в Европе, в Германии, Франции, Дании и Чехии. Всемирная ассоциация месторождений диатомита и вулканических отложений предполагает, что наличие кремнезема из вулканического пепла может быть необходимо для мощных залежей диатомита. [15]
Кизельгур иногда встречается на поверхности пустынь . Исследования показали, что эрозия диатомита в таких районах (например, во впадине Боделе в Сахаре ) является одним из наиболее важных источников пыли в атмосфере, влияющей на климат. [16]
Кремнистые панцири диатомей накапливаются в пресных и солоноватых болотах и озерах . Некоторые торфы и шламы содержат достаточное количество панцирей, поэтому их можно добывать. Большая часть диатомовой земли Флориды была найдена в грязи водно-болотных угодий или озер. Американская корпорация диатомита с 1935 по 1946 год перерабатывала максимум 145 тонн в год на своем перерабатывающем заводе недалеко от Клермонта, Флорида . Навоз из нескольких мест в округе Лейк, штат Флорида, был высушен и сожжен ( прокален ) для получения диатомовой земли. [17] Раньше его добывали из озера Миватн в Исландии.
Промышленные месторождения диатомита приурочены к третичному или четвертичному периоду. Известны более древние отложения еще мелового периода, но они низкого качества. [15]
Месторождения диатомита, богатые окаменелостями, были расположены в Новой Зеландии, но добыча месторождений Фулден-Маар в промышленных масштабах с целью переработки в корм для животных вызвала сильное сопротивление. [18]
Кизельгур коммерчески доступен в нескольких форматах:
В 1866 году Альфред Нобель обнаружил, что нитроглицерин можно сделать гораздо более стабильным, если абсорбировать его диатомитом (кизельгуром). [19] Это позволило обеспечить гораздо более безопасную транспортировку и обращение с ним, чем чистый нитроглицерин в жидкой форме. Нобель запатентовал эту смесь как динамит в 1867 году; смесь также называют гур-динамитом, отсылая к немецкому термину «кизельгур». [20]
Инженер Целле Вильгельм Беркефельд осознал способность диатомита фильтровать и разработал трубчатые фильтры (известные как фильтрующие свечи), изготовленные из диатомита. [21] Во время эпидемии холеры в Гамбурге в 1892 году эти фильтры Беркефельда успешно использовались. Одна из форм диатомита используется в качестве фильтрующего материала, особенно для плавательных бассейнов. Он имеет высокую пористость, поскольку состоит из микроскопически мелких полых частиц. Кизельгур (иногда называемый товарными знаками, такими как Celite) используется в химии в качестве вспомогательного средства фильтрации, для увеличения скорости потока и фильтрации очень мелких частиц, которые в противном случае могли бы пройти через фильтровальную бумагу или засорить ее . Он также используется для фильтрации воды, особенно в процессе очистки питьевой воды и в аквариумах , а также других жидкостей, таких как пиво и вино. Он также может фильтровать сиропы, сахар и мед, не удаляя и не изменяя их цвет, вкус или питательные свойства. [22]
Древнейшее применение диатомита — в качестве очень мягкого абразива: его использовали в зубной пасте , полиролях для металлов и некоторых скрабах для лица.
Диатомит ценен как инсектицид благодаря своим абразивным и физико- сорбционным свойствам. [23] Мелкий порошок адсорбирует липиды из воскового внешнего слоя экзоскелетов многих видов насекомых; этот слой действует как барьер, препятствующий потере водяного пара из тела насекомого. Повреждение слоя увеличивает испарение воды из их тел, в результате чего они обезвоживаются, часто смертельно.
Это также работает против брюхоногих моллюсков и обычно используется в садоводстве для борьбы со слизняками . Однако, поскольку слизни обитают во влажной среде, эффективность очень низкая. Кизельгур иногда смешивают с аттрактантом или другими добавками для повышения его эффективности.
Не доказано, что форма диатомей, содержащихся в отложениях, влияет на их функциональность в отношении адсорбции липидов; однако некоторые применения, например, для слизней и улиток, лучше всего работают, когда используются диатомовые водоросли определенной формы, что позволяет предположить, что адсорбция липидов не является единственным вовлеченным фактором. Например, в случае слизней и улиток лучше всего разрывают эпителий моллюска крупные колючие диатомеи. Панцири диатомей в некоторой степени эффективны для подавляющего большинства животных, которые подвергаются шелушению при отбрасывании кутикулы , таких как членистоногие или нематоды . Он также может оказывать и другие воздействия на лофотрохозойных , таких как моллюски или кольчатые черви .
Диатомит медицинского назначения был изучен на предмет его эффективности в качестве средства от глистов у крупного рогатого скота; В обоих исследованиях отмечалось, что группы, получавшие диатомовую землю, чувствовали себя не лучше, чем контрольные группы. [24] [25] Он обычно используется вместо борной кислоты и может использоваться для контроля и, возможно, устранения постельных клопов , [26] клещей домашней пыли , тараканов , муравьев и блох . [27]
Кизельгур широко применяется для борьбы с насекомыми при хранении зерна. [28]
Чтобы быть эффективным в качестве инсектицида, диатомит должен быть некальцинированным (т.е. не подвергаться термической обработке перед применением) [29] и иметь средний размер частиц менее 12 мкм (т.е. пищевой – см. ниже). .
Хотя пестициды, содержащие диатомовую землю, считаются относительно низким уровнем риска, они не освобождаются от регулирования в Соединенных Штатах в соответствии с Федеральным законом об инсектицидах, фунгицидах и родентицидах и должны быть зарегистрированы в Агентстве по охране окружающей среды . [30]
Его термические свойства позволяют использовать его в качестве барьерного материала в некоторых огнестойких сейфах. [ нужна цитация ] Он также используется в вакуумированной порошковой изоляции для использования с криогеникой. [31] Порошок диатомовой земли вводится в вакуумное пространство для повышения эффективности вакуумной изоляции. Он использовался в классических плитах AGA в качестве теплового барьера. [ нужна цитата ]
Кизельгур также находит применение в качестве носителя для катализаторов , обычно служащего для максимизации площади поверхности и активности катализатора . Например, на материал можно нанести никель (комбинация называется Ni-Кизельгур) для улучшения его активности в качестве катализатора гидрирования . [32]
Природный пресноводный диатомит применяется в сельском хозяйстве при хранении зерна в качестве противослеживающего средства , а также инсектицида. [33] Он одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в качестве кормовой добавки [34] для предотвращения слеживания . [35]
Некоторые полагают, что его можно использовать в качестве естественного антигельминтного средства (средства от глистов), хотя исследования не показали его эффективности. [24] [25] Некоторые фермеры добавляют его в корм для скота и птицы , чтобы предотвратить слеживание корма. [36] «Пищевая диатомовая земля» широко доступна в магазинах сельскохозяйственных кормов.
Пресноводный диатомит можно использовать в качестве питательной среды в гидропонных садах.
Его также используют в качестве среды для выращивания горшечных растений, особенно в качестве почвы для бонсай . Любители бонсай используют его в качестве добавки к почве или помещают дерево бонсай в 100% диатомовую землю. В огороде его иногда используют в качестве кондиционера почвы , поскольку, как и перлит , вермикулит и керамзит , он удерживает воду и питательные вещества, при этом быстро и свободно дренируя, обеспечивая высокую циркуляцию кислорода в среде выращивания.
Природный высушенный, непрокаленный кизельгур регулярно используется в исследованиях питания сельскохозяйственных животных в качестве источника кислотонерастворимой золы (ККИ), которая используется в качестве неперевариваемого маркера. Измеряя содержание AIA по отношению к питательным веществам в тестируемых рационах и фекалиях или дигесте, взятых из терминального отдела подвздошной кишки (последняя треть тонкой кишки), процент переваренного питательного вещества можно рассчитать с помощью следующего уравнения:
где:
Многие исследователи предпочитают природную пресноводную диатомовую землю оксиду хрома, который широко используется для тех же целей, поскольку последний является известным канцерогеном и, следовательно, представляет потенциальную опасность для научного персонала.
Отработанный кизельгур, полученный в процессе пивоварения , можно добавлять в керамическую массу для производства красного кирпича с более высокой открытой пористостью. [37]
Кизельгур считается очень известным неорганическим неметаллическим материалом, который может быть использован для производства различной керамики, в том числе пористой керамики по низкотемпературной гидротермальной технологии. [38]
Некоторые виды бактерий в океанах и озерах могут ускорить растворение кремнезема в мертвых и живых диатомовых водорослях, используя гидролитические ферменты для расщепления органического материала водорослей. [39] [40]
На климат Земли влияет пыль в атмосфере , поэтому обнаружение основных источников атмосферной пыли важно для климатологии . Недавние исследования показывают, что поверхностные отложения диатомита играют важную роль. Исследования показывают, что значительное количество пыли поступает из впадины Боделе в Чаде , где штормы выбрасывают диатомитовый гравий на дюны , образуя пыль в результате истирания . [41]
Вдыхание кристаллического кремнезема вредно для легких, вызывая силикоз . Аморфный кремнезем считается малотоксичным, но длительное вдыхание вызывает изменения в легких. [42] Кизельгур в основном представляет собой аморфный кремнезем , но содержит некоторое количество кристаллического кремнезема, особенно в формах соленой воды. [43] В исследовании 1978 года среди рабочих у тех, кто подвергался воздействию естественной диатомовой земли в течение более пяти лет, не было значительных изменений легких, в то время как у 40% тех, кто подвергался воздействию кальцинированной формы, развился пневмокониоз . [44] Сегодняшние составы диатомовой земли более безопасны в использовании, поскольку они преимущественно состоят из аморфного кремнезема и содержат мало или вообще не содержат кристаллического кремнезема. [45]
Содержание кристаллического кремнезема в диатомовой земле регулируется в США Управлением по безопасности и гигиене труда (OSHA), и существуют рекомендации Национального института безопасности и гигиены труда , которые устанавливают максимально допустимые количества в продукте (1%) и в воздух вблизи зоны дыхания работающих, с рекомендуемой ПДК 6 мг/м 3 в течение 8-часового рабочего дня. [45] OSHA установило допустимый предел воздействия для диатомовой земли на уровне 20 mppcf (80 мг/м 3 /%SiO 2 ). При уровне 3000 мг/м 3 кизельгур сразу же опасен для жизни и здоровья. [46]
В 1930-х годах было обнаружено, что длительное профессиональное воздействие среди работников промышленности по производству кристобалита и диатомита, которые на протяжении десятилетий подвергались воздействию высоких уровней содержания в воздухе кристаллического кремнезема, имело повышенный риск силикоза . [47]
Диатомит, производимый для фильтров бассейнов, обрабатывается высокой температурой ( прокаливанием ) и флюсом (кальцинированной содой ), в результате чего ранее безвредный аморфный диоксид кремния принимает кристаллическую форму. [45]
