Шунгит

А в одном из университетов Швеции в ходе опытов с фуллеренами неожиданно для самих ученых был получен слоеный материал, напоминающий фольгу, проложенную тонкими слоями бумаги. Прозрачный и гибкий материал оказался магнитом и сохранял свои свойства даже при температуре свыше 200 °C. Его вполне возможно использовать для создания плат компьютерной памяти с помощью записи лазерным лучом. Благодаря этому достигается очень высокая плотность носителя информации. Российские ученые Ростовского госуниверситета полагают, что, возможно, углеродные сверхминиатюрные процессоры можно будет совмещать с человеческим организмом, например, подключать их к нервной системе, чтобы заучивать иностранные языки или держать в памяти Большую британскую энциклопедию.

Большие надежды связаны с применением фуллеренов в медицине. Почти идеальная сферическая структура молекулы фуллерена и микроскопический размер (диаметр 0,7 нм), позволяют ученым рассчитывать на то, что эти молекулы смогут создать механическое препятствие для проникновения вирусов в клетки зараженного организма. Обсуждается также и идея создания противораковых препаратов на основе водорастворимых соединений фуллеренов с внедренными внутрь радиоактивными изотопами. Введение такого лекарства в ткань позволит избирательно воздействовать на пораженные опухолью клетки, препятствуя их дальнейшему размножению. Пока основное препятствие на пути разработок связано с нерастворимостью молекул фуллеренов в воде, затрудняющей их прямое введение в организм. Другое препятствие – высокая цена искусственных изотопов. Стоимость фуллеренов высшего сорта составляет около 900 долларов США за грамм, более низкого качества – около 40 долларов за грамм в зависимости от степени чистоты фуллеренов. Эти «недостатки» искусственных фуллеренов искупают фуллерены природные, которые были обнаружены в земной коре после открытия уникального вещества в научных лабораториях.

Впервые о земном существовании уникального вещества научный мир узнал после того, как один из бывших советских ученых исследовал в Аризонском университете (США) образцы карельских шунгитов, и, к удивлению, обнаружил там углеродные глобулы с фуллеренами. После этого и начался интенсивный поиск других пород, содержащих фуллерены, возникли вопросы об их происхождении на Земле.

Позднее земные фуллерены были найдены в Канаде, Австралии и в Мексике – и в каждой из этих стран они были обнаружены на местах падения метеоритов. При этом некоторые фуллерены были заполнены: внутри оболочек находились атомы гелия. Странным оказался тот факт, что фуллерены хранили не гелий-4 – изотоп, который обычно присутствует в земных породах, – а редкий для Земли изотоп гелий-3.

По мнению ученых, такие фуллерены могли образоваться только в космических условиях, в так называемых углеродных звездах или в ближайшем их окружении. Удалось определить время появления исследованных фуллеренов на Земле. Кратер от падения канадского метеорита образовался около двух миллиардов лет назад, в архейскую эру, когда Земля еще была безжизненна. Другие фуллерены были обнаружены на границе отложений пермского и триасового периодов, их возраст оценивается в 250 млн лет. Именно тогда в Землю врезался гигантский астероид, вызвавший катастрофические разрушения.

А что касается шунгитовых пород, то логично предположить, что именно наличием фуллеренов в шунгите стали объяснять целебное действие открытых в 1714 г. Марциальных вод и «Царевниного источника». Возникло предположение, что к молекулам фуллеренов в шунгитах присоединены органические радикалы, которые позволяют фуллеренам образовывать водные растворы, над созданием которых пока бьются ученые.

Область применения шунгитов

Шунгитовые породы – уникальные по составу, структуре и свойствам[1 - http://www.shungit.ru/shungit/harakteristiki.html (http://www.shungit.ru/shungit/harakteristiki.html)] образования. Они представляют собой необычный по структуре природный композит – равномерное распределение высокодисперсных кристаллических силикатных частиц в аморфной силикатной матрице. Средний размер силикатных частиц около 1 мкм. Средний состав пород месторождения – 30 % углерода и 70 % силикатов. Породы характеризуются высокой прочностью, плотностью, химической стойкостью и электропроводностью. Они обладают рядом необычных физических, химических, физико-химических и технологических свойств.

Шунгитовый углерод обладает высокой активностью в окислительновосстановительных реакциях. Вследствие исключительно развитого контакта между активным углеродом и силикатами, при нагреве шунгитовой породы активно протекают реакции восстановления кремнезема до металлического кремния и карбида кремния. Благодаря этому шунгитовые породы являются эффективным сырьем в производстве литейного чугуна, ферросплавов, карбида кремния, в процессе удаления жидких шлаков из нагревательных колодцев и при выплавке элементарного фосфора. Основными потребителями шунгита являются металлургические заводы Тулы, Липецка, Челябинска.

В производстве резин тонкие шунгитовые порошки заменяют углеродную и белую сажу. Могут быть получены композиты с широким диапазоном свойств, например твердые конструкционные резины (резинопласты), предоставляющие новые возможности для модернизации в машиностроении, электропроводные краски, пластмассы с антистатическими свойствами, электропроводные строительные материалы, совмещающие функции обычных стройматериалов со способностью экранировать электромагнитные излучения или служить нагревателями.

Композиционные шунгитовые радиоэкранирующие материалы способны обеспечить ослабление электромагнитной энергии в диапазоне более 100 МГц на уровне не менее 100 дБ. По сравнению с металлическими материалами обладают экологическими преимуществами, так как не искажают магнитное поле Земли и исключают возможность возникновения значительных напряжений за счет резонансных явлений. Шунгитовые радиоэкраны могут использоваться в жилых помещениях.

Шунгитовые электропроводные материалы, как нагреватели малой удельной мощности, безопасные в пожарном и ожоговом отношении, экологически безопасные, могут использоваться для строительства теплых полов и других обогреваемых поверхностей помещений.

Эти породы обладают и сорбционными, каталитическими и бактерицидными свойствами. Все это находит применение при использовании шунгитов в фильтрах питьевой воды и воды в плавательных бассейнах, катализаторах в процессах оргсинтеза. По способности очищать воду от нефтепродуктов шунгитовые породы не уступают активированному углю, но значительно дешевле. Они могут использоваться в крупных фильтрах для очистки поверхностных сточных вод, сточных вод карьеров, автомоек, железнодорожных депо и др. В частности, в Москве построены шунгитовые фильтры по очистке стоков с МКАД.

Эффективно использование шунгитовых электродных засыпок для электроосаждения ионов тяжелых металлов из промстоков гальванических заводов и возврата этих металлов в производство.

Шунгитовые радиоэкранирующие материалы

На основе шунгитовых пород созданы стройматериалы, совмещающие в себе свойства обычных стройматериалов и достаточно высокую электропроводность. Это определяет способность материала экранировать электромагнитные излучения.

Шунгитовые композиционные радиоэкранирующие материалы по способам реализации из них экранов могут быть разделены на два класса:

1) конструкционные материалы, к числу которых относятся бетон, кирпич, кладочный раствор. Материалы способны обеспечить ослабление электромагнитной энергии в диапазоне частот более 100 МГц на уровне не менее 100 дБ. Разработаны технические характеристики на шунгитовый кирпич и бетон. По физикомеханическим характеристикам шунгитовые конструкционные материалы не уступают традиционным строительным аналогам. Шунгитовые материалы прошли испытания в конструкциях (бетон в панелях перекрытий, кирпич в кладках) и признаны соответствующими существующим требованиям;

2) материалы для реконструкции, такие как штукатурные растворы и мастики, позволяющие переоборудовать обычные сооружения в экранированные. Мастики способны обеспечить экранирующий эффект на уровне не менее 30 дБ – в диапазоне свыше 30 МГц при толщине слоя в 2–3 см.

Композиционные шунгитовые радиоэкранирующие материалы обладают рядом преимуществ по сравнению с используемыми в настоящее время металлическими листами и сетками:

1) являясь немагнитными материалами, они не искажают, в отличие от стальных материалов геомагнитное поле Земли, что создает лучшие условия для обслуживающего персонала, находящегося внутри экранированного помещения;

2) являясь менее проводящими материалами (на 6–7 порядков по сравнению с металлами) они исключают возможность возникновения значительных напряженностей электромагнитного поля на резонансных частотах в экранированном помещении, чем исключается их вредное воздействие на обслуживающий персонал и оборудование;

3) совмещение в одном сооружении конструкционных и экранирующих свойств позволяет значительно сократить сроки и стоимость ввода таких экранированных помещений в эксплуатацию;

4) экраны из шунгитов являются надежными и долговечными, что снижает расходы на эксплуатацию таких помещений;

5) шунгитовые экраны являются пожароустойчивыми, сохраняя после пожара свою экранирующую способность и не выделяя вредных веществ при нагреве и пожаре.

Особенности шунгитовых нагревателей

Главное преимущество инфракрасных нагревателей заключается в прямой передаче тепла всем предметам в зоне облучения и в исключении промежуточного теплоносителя – воздуха.

Благодаря этому создается значительный эффект энергосбережения, повышается комфортность среды, в которой находится человек.

Инфракрасные нагреватели обеспечивают отопление в тех зонах, где это необходимо, они могут использоваться для сушки и нагрева материалов.

Шунгитовая электропроводная краска – экологически чистый продукт. В процессе нагрева из нее не выделяется никаких вредных веществ. Краска может использоваться для создания нагревателей различных площадей, объемов и мощностей, антистатических и заземляющих поверхностей.

При создании электропроводящих нагревательных поверхностей следует учитывать, что данные рекомендации не ограничивают возможности по расширению сфер применения шунгитовых нагревателей. Выбор цели применения шунгитовых нагревателей, как и их конструкция: материалы, размеры, степень диэлектрической защиты – могут зависеть от возможностей и желаний потребителя.

Шунгитовая краска нетоксична, экологически безопасна, пожаровзрывобезопасна, при нагреве не выделяет никаких вредных веществ, при попадании на кожу человека легко смывается водой, не дает никаких побочных эффектов. При неоднократных циклах замораживания и оттаивания сохраняет свои свойства.

Нагреватели изготавливаются нанесением краски на негорючую диэлектрическую поверхность (керамика, стекло, естественный камень и др.).

На основе шунгитовой краски целесообразно создавать нагреватели малой удельной мощности (от 100 до 1000 вт/м

), безопасные в пожарном и ожоговом отношении, надежные и долговечные за счет малых нагрузок на единицу площади, не сжигающие кислород, обеспечивающие равномерный нагрев всей площади, не создающие локальных зон и участков перегрева.

Электропроводные шунгитовые асфальты обладают достаточно высокой электропроводностью (3,0 ом/дм

).

Удельная мощность нагрева может составлять от десятой доли киловатта до нескольких киловатт на 1 м

.

На основе шунгитовых асфальтов могут быть созданы обогреваемые участки дорог, тротуаров, теплые полы производственных помещений и др.

Шунгиты в металлургии

Шунгитовые породы Зажогинского месторождения являются весьма перспективным сырьем для металлургии. Это обусловлено несколькими моментами.

Соотношение основных компонентов породы – углерода (30 %) и кремния (55 %) – близко к стерехиометрическому, необходимому для реализации восстановительных процессов в системе Si – C—O и синтеза металлического кремния и карбида кремния.

Шунгитовый углерод обладает аморфной структурой, устойчив против графитации и сохраняет высокую реакционную способность во всем интервале температур реальных металлургических процессов.

Исключительно благотворное влияние на кинетику и энергетику восстановительных реакций в системе Si – C—O оказывает специфичная структура шунгитовых пород. Структура зажогинского шунгита представляет собой равномерное распределение силикатных минералов с размерностью частиц менее 10 мкм в углеродной матрице. Таким образом, создается тесный и развитый (до 20 м

/г) контакт между силикатами и углеродом. Это обстоятельство в свою очередь повышает роль твердофазных реакций в восстановительном процессе и создает ряд технологических преимуществ при использовании шунгитов для замены металлургического кокса и кремнеземистого сырья в процессе получения карбида кремния, выплавки кремнистых чугунов и ферросплавов.

Шунгитовая порода обладает высокой механической прочностью (800—1200 кг/см

), малой истираемостью. Высокая плотность шунгитовой породы (2,2–2,4 т/ м

) создает предпосылки для более экономичного использования объема печного агрегата при замене ею традиционной углерод-кремнеземной шихты.

Термические и петрографические исследования показали, что при 1250 °Cв шунгитовых породах начинают осуществляться восстановительные процессы, а в интервале 1500–1700 °C интенсивно синтезируется карбид кремния. При 1800 °C убыль массы составляет 57 %, а доля SiC в составе продуктов превышает 80 %.