О трепеле

О. В. Мосин – кандидат химических наук

Трепел – это природный осадочный минерал, аналогичный диатомиту, содержащий до 80% активного кремнезема SiO2, но содержащий меньше органических остатков. Химический состав трепелов и диатомитов почти одинаков, однако микроструктура разная. Это объясняется различием в геологическом возрасте отложений. Диатомиты относятся к более поздним, а трепелы — к более ранним отложениям.

Диатомиты состоят из обломков панцирей диатомовых простейших, сохранивших свою структуру в минерале. Трепелы — более плотная порода, в которой исходное вещество целиком утратило свою первоначальную форму. Диатомиты более пористые, чем трепелы. В зависимости от количества органических примесей и наличия оксидов железа цвет трепела и диатомита колеблется от белого до светло-желтого.

Трепел состоит из мелких сферических опаловых, иногда халцедоновых глобул, размером 0,01—0,02 мм. Обычно в небольшом количестве трепел содержит глинистое вещество, зёрна глауконита, кварца, полевых шпатов. Пластичность трепела зависит от содержания в них глинистых примесей. Средняя плотность трепелов в зависимости от месторождения колеблется от 2000—3000 кг/м3; пористость 60,2—64%; твёрдость 1—3. Крупнейшее в России Зикеевское месторождение трепела расположено в Жиздринском районе Калужской области. Сравнительно высокая пористость и низкая средняя плотность этих пород (пористость диатомита в куске 85 %, пористость трепелов ниже) определила использование трепелов и диатомитов в качестве изоляционных, фильтровальных, строительных материалов, а также в качестве поглотителей, катализаторов, наполнителей и адсорбентов.

Химический состав трепела в (%): SiO2 - 42-67, А12О3 - 5-8, Fe2O3 - 2-3, СаО -11—24, MgO — 0,6—1,2, прочие компоненты — 11—21. Химический состав этого минерала, его строение и адсорбционные свойства позволяют использовать трепел в качестве сорбента для очистки сточных вод от нефти, нефтепродуктов, масел, взвешенных частиц и др.

Эксперименты по использованию трепела для очистки воды свидетельствуют о высокой эффективности задержания взвешенных веществ в фильтрах на основе трепела. Предварительные данные очистки водопроводной воды трепелом показали, что с его помощью можно так же эффективно, как и угольными сорбентами очищать воду. Например, существует патент на очистку воды от нефтепродуктов с помощью трепела. Изобретение относится к области экологии и предназначено для борьбы с загрязнениями окружающей среды нефтепродуктами.

Способ очистки воды включает изготовление пористого сорбционного материала на основе природных минералов (шунгит, перлит, трепел, диатомит, опоки) с размером частиц менее 500 мкм и термопластичных гидрофобных полимеров с размером частиц менее 300 мкм. Природный минерал смешивают с термопластичным полимером в соотношении на 100 вес. ч. минерала 25-130 вес.ч. полимера, полученной смесью заполняют пресс-формы определенной конфигурации (диски, цилиндры, ленты, пластины) и подвергают термообработке при температуре плавления полимера в течение 5-40 мин.

Для осуществления способа диски, цилиндры или ленты вращают в водной среде, загрязненной нефтепродуктами, в процессе вращения налипающие на поверхность нефтепродукты постоянно снимают скребковыми устройствами. Сорбирующий материал в виде пластин погружают в воду, загрязненную нефтепродуктами, и выдерживают столько времени, пока концентрация нефтепродуктов в воде не достигнет допустимого значения (0,05 мг/л).

После насыщения сорбента нефтепродукты из сорбирующего материала удаляют вакуумированием или центрифугированием, после чего сорбционный материал используют вновь. Эффективность непрерывного способа очистки воды от нефтепродуктов составляет 99,6-99,8%. Также была определена сорбционная емкость трепела по ионам: Ca2+, Ni2+, Fe3+, Pb2+, F--. Установлено, что трепел является эффективным сорбентом фенола и бензапирена из водных сред. Исследовались способы модификации трепела с целью улучшения его сорбционных свойств. Также была измерена максимальная адсорбция ионов железа (III), марганца (II), меди (II) и сульфат-ионов на трепеле.

Выяснено, что в случае с трепелом адсорбция ионов железа (III) и меди (II) протекает одинаково – максимальная адсорбция составляет 2,88±0,02 мг/г и 2,17±0,03 г/г соответственно. Последний факт позволяет использовать трепел в качестве сорбента для очистки от железа. Однако, есть один существенный недостаток трепела. Обладая достаточно развитой внешней поверхностью, трепел характеризуется низкой пористостью и невысокими ионообменными свойствами.

Следовательно, прежде чем использовать природный трепел, его необходимо активировать, для того чтобы повысить его адсорбционные и ионнообменные свойства. Это можно достичь, например, облучая трепел ионизирующим излучением. Разработка новых способов модифицирования трепела с целью получения на его основе высококачественных сорбентов является актуальной задачей для водоочистки.