Карельский шунгит | |
Шунгит с жилками пирита | |
Керн шунгитовой породы |
Шунги́т, устар. синоним «аспидный камень», «пробирный камень», лидит или парагон[1] — докембрийская горная порода, занимающая по составу и свойствам промежуточное положение между антрацитами и графитом. Встречаются разновидности шунгита чёрного, тёмно-серого и коричневого цвета[2][3].
Шунгит образовался из органических донных отложений — сапропеля. Эти органические осадки, прикрываемые сверху всё новыми наслоениями, постепенно уплотнялись, обезвоживались и погружались в глубины земли. Под влиянием сжатия и высокой температуры шёл медленный процесс метаморфизации. В результате этого процесса образовался распылённый в минеральной матрице аморфный углерод в виде характерных именно для шунгита глобул.
Первые эпизодические описания горных пород «чёрной Олонецкой земли» были предприняты в 1792 году академиком Николаем Озерецковским и в 1848 году штабс-капитаном Корпуса горных инженеров Н. К. Комаровым.
В 1877 году Александр Иностранцев определил породу как новый крайний член в ряду природных некристаллических углеродов, не являющихся каменным углем и дал название — шунгит по названию заонежского села Шуньга, где порода впервые была обнаружена и действовала штольня.
В 1928—1937 годах на базе созданного государственного треста «Шунгит» осуществлялось изучение шунгитовых пород как предполагаемых аналогов горючих углей, были проведены первые структурные исследования.
Чистый шунгит встречается в природе довольно редко, в основном в виде тонких, до 30 см шириной, прожилков. Чаще он присутствует в качестве примеси в шунгитовых сланцах и доломитах, распространённых по всему Заонежью — от Гирваса на западе до Толвуи и Шуньги на востоке.
Основные запасы шунгитов находятся в Карелии на территории Заонежского полуострова и вокруг северной оконечности Онежского озера, промышленная их ценность определена наиболее полно для месторождений «Шуньгское», «Мягрозерское», «Нигозерское», «Максово» и «Зажогино», а также «Турастамозерское» (Медвежьегорский район). Прогнозные ресурсы по всем месторождениям составляют около 1 млрд тонн.
К настоящему времени разведано Коксуйское месторождение в Казахстане с подтверждённым запасом 49 млн тонн.
Цвет чёрный, тёмно-серый, коричневый. Твёрдость — 3,5 — 4. Излом ступенчатый, раковистый. Плотность — 1,80-2,84 г/см3 в зависимости от состава; пористость — 0,5-5 %; прочность на сжатие 100—276 МПа; модуль упругости (Е) — 0,31×105 МПа. Электропроводен, электропроводность — (1-3)×103 См/м; теплопроводность — 3,8 вт/м·K. Среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур от +20 до +600 °С — 12×10−6 К−1. Теплотворная способность 7500 ккал/кг.[4]
Порода обладает сорбционными и каталитическими свойствами.[5]
Твёрдое шунгитовое вещество представляет собой смесь разнообразных углеродных аллотропов, чьи кристаллические решётки соединены аморфным углеродом.[6]
Различают две разновидности:
№ | Элемент, Компонент | Формула компонента | Содержание % массы |
---|---|---|---|
1 | Оксид алюминия | Al2O3 | 4,05 |
2 | Оксид железа (III) | Fe2O3 | 1,01 |
3 | Оксид железа (II) | FeO | 0,32 |
4 | Оксид калия | K2O | 1,23 |
5 | Оксид кальция | CaO | 0,12 |
6 | Оксид кремния | SiO2 | 36,46 |
7 | Оксид магния | MgO | 0,56 |
8 | Оксид марганца | MnO | 0,12 |
9 | Оксид натрия | Na2O | 0,36 |
10 | Оксид титана | TiO2 | 0,24 |
11 | Оксид фосфора | P2O3 | 0,03 |
12 | Барий | Ba | 0,32 |
13 | Бор | B | 0,004 |
14 | Ванадий | V | 0,015 |
15 | Кобальт | Co | 0,00014 |
16 | Медь | Cu | 0,0037 |
17 | Молибден | Mo | 0,0031 |
18 | Мышьяк | As | 0,00035 |
19 | Никель | Ni | 0,0085 |
20 | Свинец | Pb | 0,0225 |
21 | Сера | S | 0,37 |
22 | Стронций | Sr | 0,001 |
23 | Углерод | C | 26,26 |
24 | Хром | Cr | 0,0072 |
25 | Цинк | Zn | 0,0067 |
26 | Вода | H2O | 2,18 |
27 | Потеря при прокаливании | ППП | 32,78 |
В золе шунгита (как и у всех природных углей и битумов, содержащих примеси) содержится ванадий, никель, молибден, медь и др. Благодаря относительной легкости получения разнообразных углеродных аллотропов, шунгит категоризирован как перспективный материал для развития нанотехнологий и является объектом изучения в институтах нанотехнологий.[7][8]
Шунгит содержит как твёрдый углерод, так и значительные количества оксида кремния; оба эти компонента в нём представлены весьма химически активными формами. В связи с этим он может быть использован в металлургии как восстановитель и — одновременно — как SiO2-содержащий флюс и источник кремния (например, при производстве чугуна, феррохрома, ферросиликохрома или карбида кремния)[9].
Другая область применения — строительство.[10] Полированные плиты смоляно-чёрного цвета с редкими белыми прожилками, не тускнеющие со временем, украшают интерьеры Исаакиевского и Казанского соборов в Санкт-Петербурге и станции Московского метрополитена. В современной строительной индустрии шунгит используется также для производства шунгизита — лёгкого заменителя бетона.
Дроблёный шунгизит обладает достаточной для загрузки фильтров механической прочностью, химически стоек, не загрязняет фильтруемую через него воду и, таким образом, пригоден для загрузки фильтров.[11][12] В настоящее время МП «Петрозаводскводоканал» использует дроблёный шунгизит на водопроводных очистных сооружениях в качестве загрузки скорых фильтров на основании разрешения, выданного Министерством здравоохранения СССР за № 121-5/873-6 от 30.10.81 года.[13]
Данное свойство шунгита не является уникальным: для подобных целей (насадка для закрепления микроорганизмов, образующих активный ил) также используют керамзит, пластмассы, щебень и прочие доступные и дешёвые материалы; в том числе и в данном регионе. Сорбционные особенности шунгита ничем не отличаются от других угольных загрузок, используемых для очистки питьевой воды от остатков хлора.
Изделиям, пастам и фильтрам на основе шунгита приписывается лечебное воздействие, которое научно не доказано.
Шунгизит — искусственный пористый материал, получаемый при обжиге шунгитсодержащих пород. Шунгизит используется в качестве заполнителя для лёгких бетонов (шунгизитобетон) и в качестве теплоизоляционной засыпки.
Шунгиты Турастамозерского месторождения по качеству сырья наиболее перспективны для производства шунгизита. Насыпная объемная масса шунгизита из сланцев Турастамозерского месторождения в среднем менее 350 кг/мЗ, а по отдельным блокам даже менее 250 кг/мЗ (высшая категория качества).
Шунгитовое вещество, Ств, считается органическим веществом в очень высокой стадии метаморфизма. Его стандартный состав очень прост и включает элементарный углерод в количестве С60=98,6-99,6 масс. % со следами N, O, S и H. Обычное содержание (N+O)=0,15-0,90 %; Н=0,15-0,50 %; S=0,20-0,83 %. Плотность шунгитового вещества обычно лежит в пределах 1,8-2,0 г/см3. Поскольку содержание углерода в шунгитовом веществе близко к 100 %, то при классификации пород зачастую не различают С и Ств.
Классифицировать породы принято по массовому содержанию углерода, определяемому по характеристикам горения (остаточной зольности, количеству выделяющегося СО2 и других летучих веществ). В этой связи различают пять разновидностей шунгитов. В шунгите-V углерода С60<10 %, так что фактически это шунгитсодержащая порода; в шунгите-IV С60~10-20 %; шунгите-III С60~20-35 %; в шунгите-II С~35-80 %; наконец, шунгит-I содержит С60>95-98 %, то есть почти полностью состоит из шунгитового вещества.
Вторым основным компонентом шунгитов является главная составляющая горных пород, то есть SiO2, представленная обычно в виде кварца или в составе различных силикатных образований. В целом шунгитовые породы имеют разнообразный минеральный состав, куда входят карбонаты, алюмосиликаты и т. д., причем обращает на себя внимание однородность перемешивания веществ, составляющих шунгиты.
Надежно установлено, что твёрдый углерод шунгитов выстроен соединенными между собой глобулами, то есть частицами шаровой в основном формы. Диаметр шунгитовых глобул порядка 10 нм. Такое строение уникально, поскольку не наблюдается ни в каких других объектах естественного твёрдого углерода. При этом у исследователей шунгитов к настоящему времени пока не выработано общепризнанных взглядов на природу углеродных глобул, их структуру, способ объединения. Причиной является отсутствие единой точки зрения на тип исходного органического вещества и протошунгитового материала, на процесс его карбонизации, на термодинамические характеристики среды преобразования, на особенности возникновения и эволюции крупных шунгитовых геологических структур и т. д. Иначе говоря, нет ясного представления о том, что такое шунгиты вообще и из чего они образовались. Все это не позволяет в отличие от других представителей природного твёрдого углерода уверенно судить о возможных источниках и механизмах возникновения в естественной среде твёрдого углерода данного типа и не дает также в достаточно полной мере оценить потенциальные возможности шунгитов для практических применений. Поэтому многие специалисты до сих пор считают шунгиты научной загадкой. Как следствие, на тему шунгитов в ненаучной среде нередко возникают необоснованные фантазии и спекуляции.
В монографии[14] собраны и проанализированы практически все известные основные факты и модельные представления о шунгитах. Рассмотрена реальная ситуация с практическим применением пород.
Показано, что наиболее распространенную сапропелевую точку зрения на происхождение шунгитов очень трудно (практически невозможно) согласовать с их структурой, составом, физико-химическими свойствами, геологией месторождений, возрастом пород (2 млрд лет), с историей появления и развития жизни на Земле, с многими другими данными.
Представлено обоснование того, что основа структуры шунгитового углерода, то есть шунгитовые глобулы, идентичны сажевым частицам. Данное обстоятельство и целый ряд других фактов позволяют сделать вывод о том, что углерод шунгитов возник в результате формирования огромных сажевых массивов в природных процессах разгрузки и термического преобразования (пиролиза, неполного сгорания) гигантских скоплений первичного углеводородного сырья преимущественно в виде природного газа, то есть метана. Выход глубинных углеводородов был обусловлен или сочетался с активной вулканической деятельностью, которая, как известно, имела место в Карелии в период возникновения пород. Поскольку для сажеобразования из метана характерно интенсивное синтезирование тяжелых смолистых углеводородов, постольку протошунгитовое углеродное вещество представляло собой вязкотекучую композицию сажевых масс с углеводородными связующими веществами, которая со временем окаменела.
Минеральная (неуглеродная) часть пород сформирована в результате того, что выбросы метана и других углеводородов с неизбежностью сопровождались попутными потоками вулканического пепла (и иных взвесей), вулканических газов, гидротерм в паровой фазе. Такой процесс обеспечил наблюдающуюся высокую степень однородности перемешивания всех компонентов, входящих в состав шунгитовых пород, и определил уровень разбавления метана и итоговое соотношение Ств и остальных компонентов шунгитовых пород, в том числе максимальную концентрацию углерода, то есть 80 % в шунгитах-II. Предпосылки для формирования крайне редкого шунгита-I могли создаваться случайными лакунами гетеровеществ в потоках метана или в результате плохого локального перемешивания образовавшегося протошунгитового вещества с сопутствующими неуглеродными составляющими частями.
Преимущественное представительство в породах кремния по сравнению с другими элементами (если не считать углерод) объясняется тем, что в докембрийских высококремнистых породах происхождение кремнезема в областях основного вулканизма обычно связано с глубоко преобразованным вулканическим пеплом (с пепловой седиментацией).
Фигурка медведя из шунгита. |
В 2016 году в Петрозаводске появилась улица под названием Шунгитовый проезд.[15]
Шунгит на Викискладе |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .