Научный журнал

Вестник Алтайской академии экономики и права

Print ISSN 1818-4057

Online ISSN 2226-3977

Перечень ВАК

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Монгуш А.А. 1 Кужугет Р.В. 1

---

1 Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН

При всем многообразии полезных ископаемых, высокому качеству их месторождений и благоприятной конъюнктуре полезных компонентов, их освоение сдерживается, в первую очередь, отсутствием эффективных транспортных коммуникаций между республикой и с соседними регионами. В таких условиях первостепенное значение приобретает проблема освоения минерального сырья, которое может быть востребовано отраслями хозяйства самого региона, в первую очередь, сельского хозяйства. Эффективное и рациональное использование таких видов минерального сырья, как цеолиты, будет способствовать эффективному решению разных проблем в производстве стройматериалов, создании адсорбентов для очистки сточных вод, ускоренному развитию ряда отраслей животноводства, созданию дополнительных форм занятости населения республики и в целом созданию благоприятных условий для привлечения в экономику республики капиталов российских и зарубежных фирм. В 24 километрах от столицы Республики Тыва расположено Каменное месторождение цеолитов, использование которых в качестве подстилки или кормовой добавки улучшает показатели в ряде отраслей животноводства Республики Тыва и в целом может способствовать созданию благоприятных условий для привлечения инвестиций в экономику Тувы. В данной статье проведен анализ и обобщение опубликованной литературы и фондовых материалов Тувинской геологоразведочной экспедиции по теме статьи.

Статья в формате PDF

9475 KB

цеолиты

добыча

народное хозяйство

рациональное природопользование

месторождение

опытно-промышленные испытания

тува

1. Дабиев Д.Ф. Управление минерально-сырьевым потенциалом региона (на примере Республики Тыва). – Кызыл: Изд-во ТувГУ, 2011. – 123 с.

2. Дабиев Д.Ф., Кужугет К.С., Лебедев В.И. Проблемы и перспективы освоения минерально-сырьевой базы Республики Тыва // Горный журнал. – 2010. – №?11. – С. 18–21.

3. Дабиев Д.Ф. Ягольницер М.А. Экономическая оценка эффективности освоения минеральных ресурсов Тувы / Отв. ред. докт. геол.-минер. наук В.И. Лебедев. – Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2012. – 130 с.

4. Карасал Б.К., Сапелкина Т.В., Чульдум К.К. Возможности применения цеолитсодержащих пород Тувы при очистке сточных вод ТЭЦ // Вода: химия и экология. – 2015. – №?3 (81). – С. 52–55.

5. Карасал Б.К., Серен Ш.В., Сат Д.Х., Сапелкина Т.В. Особенности спекания керамической массы на основе цеолитсодержащей породы Тувы // Естественные и технические науки. – 2017. – №?3 (105). – С. 135–139.

6. Колямкин В.М. ГДП-200 листа M-46-V (Кызыльская площадь). – Красноярск: АО «Красноярскгеолсъемка», 2015. – С. 193–194.

7. Лебедев В.И., Кужугет К.С. Минерально-сырьевой потенциал Республики Тыва: возможности его использования в 1999–2001 гг. и перспективы дальнейшего освоения. – Кызыл: ТИКОПР СО РАН, 1998. – 28 с.

8. Лебедев В.И., Кужугет К.С., Лебедева М.Ф. Изученность минерально-сырьевых ресурсов Республики Тыва // Состояние и освоение природных ресурсов и сопредельных регионов Центральной Азии. Геоэкология природной среды и общества: Научные труды ТувИКОПР СО РАН. – Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2001. – С. 26–33.

9. Лебедев Н.И. Минеральные ресурсы Тувы: обзор и анализ полезных ископаемых / Отв. редактор докт. геол.-мин. наук В.И. Лебедев. – Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2012. – 284 с.

10. Монгуш А.А. Минерально-сырьевая база Тувы и возможности его освоения (на примере золота, цеолитов и гипса) // Региональная экономика: технологии, экономика, экология и инфраструктура: материалы II Международной научно-практической конференции: (18–20.10.2017, Кызыл, Россия). – Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2017. – С. 175–179.

11. Неметаллические полезные ископаемые СССР. Справочное пособие / под ред. В.П. Петрова. – М.: Недра, 1984. – 407 с.

12. Сапелкина Т.В., Дружкова Е.К. Исследование состава цеолитсодержащих пород Тувы // Металлогения древних и современных океанов: материалы научной школы. – Вып. 18. – Миасс: ИГиМ УрО РАН, 2012. – С. 348–349.

13. Сапелкина Т.В., Дружкова Е.К., Кара-Сал Б.К. Исследование процессов при термической обработке цеолитсодержащих пород Тувы // Природные системы и экономика приграничных территорий Тувы и Монголии: фундаментальные проблемы, перспективы рационального использования: материалы Молодежной научной конференции с международным участием (11–13.04.2012, Кызыл). – Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2012. – С. 54–56.

14. Сапелкина Т.В., Куликова М.П., Карасал Б.К. Влияние химического модифицирования на физико-химические свойства цеолитсодержащих пород // Состояние и освоение природных ресурсов Тувы и сопредельных регионов Центральной Азии. Эколого-экономические проблемы природопользования. – Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2016. – С. 112–118.

15. Чучко В.Н. Поисково-оценочные работы на цеолиты на участке Каменный в Центральной Тыве. – Кызыл: Тыв. фил. ФБУ «ТФГИ по СФО», 1995. – Инв. №?2183.

Введение

Цеолиты – это группа минералов, водных алюмосиликатов кальция и натрия. Особенности структуры и строения цеолитов предопределяют их уникальные адсорбионные, катионообменные и каталитические свойства, обуславливающие различное их применение в промышленности и сельском хозяйстве. Благодаря их физико-химическим свойствам и технологическим качествам они эффективно используются как ионообменники для защиты окружающей среды, как добавка к наполнителю при производстве бумаги, в строительной индустрии для улучшения свойств стройматериалов, в сельском хозяйстве, в производстве косметики и т. д. Важное значение цеолиты имеют и для экологических нужд – они в чистом виде или из богатых руд используются для очистки отходящих газов промышленных предприятий от окислов серы, высокомутных вод для питьевого и промышленного водоснабжения, городских и сточных вод от аммонийного азота (Неметаллические…, 1984). Следует подчеркнуть их важное значение для сельского хозяйства. Цеолиты, благодаря своим свойствам, способствуют повышению длительности действия минеральных удобрений, исключают потери из грунтов питательных веществ с поливной водой, значительно сокращают расход удобрений (в 2–2,5 раза), устраняют опасность загрязнения химикатами, снижают заболеваемость животных, улучшают их показатели и микроклимат в животноводческих помещениях при использовании их в качестве подстилки.

Целью исследования является характеристика сырьевой базы цеолитов на территории Республики Тыва и возможностей использования цеолитов в народном хозяйстве республики.

К настоящему времени по цеолитам Тувы опубликован ряд небольших статей и тезисов докладов, посвященных исследованиям той или иной конкретной научной проблемы, и в то же время отсутствует обзорная работа о свойствах цеолитов Тувы и возможностях их использования. В данной статье проведен анализ и обобщение опубликованной литературы и фондовых материалов Тувинской геологоразведочной экспедиции по теме статьи.

Геологические особенности и расположение

В Пий-Хемском кожууне, в 24 км к северу от г. Кызыла, расположено месторождение цеолитов Каменное. Месторождение приурочено к северному крылу Сессерлигско-Тапсинской мульды, сложенному нижнекарбоновыми туфогенно-осадочными породами и перекрывающими их с размывом юрскими угленосными отложениями. Продуктивная цеолитсодержащая толща вмещается нижнекарбоновой актальской свитой с видимой мощностью 130–140 м. Свита сложена песчаниками, алевролитами, туфами, гравийными конгломератами, автокластическими брекчиями алевролитов, известняками. Для осадочных пород верхней части (60–70 м) свиты характерна значительная примесь туфового материала, с которой и связана цеолитизация или собственно продуктивная толща. Туфоалевролиты полимиктовые, мелко- и среднезернистые, массивные. Микроскопически они литокристаллокластические, метаалевритовые. Обломки пород составляют 30 %, в т. ч. кварц – 55 %, альбит – 5 %, кальцит – 15 %, кластическая слюда – 5 %, глинистые сланцы – 20 %. Размер обломков преобладает алевритовый (менее 0,05 мм). Цемент – 70 %: глинистый (стекловатый), резко количественно преобладает над обломками. Туфы кварцево-гидрослюдистого состава, тонкозернистые. Размер обломков не более 0,05 мм, остроугольной формы. Порода насыщена глинистыми частицами размером до 0,02 мм, соразмерными с алевритовыми обломками кварца. В цементирующей массе преобладают субпараллельные пластинки светло-зеленого минерала. Средняя плотность пород 2,62 г/см3 (Колямкин, 2015).

Рис. 1. Залегание цеолитоносной толщи (актальская свита C1ak). Звездочкой показано место съемки рис. 2. M-54 – федеральная автомагистраль. C1sg – суглухемская свита: песчаники, алевролиты, конгломераты, известняки. D3dz – джаргинская свита: красноцветные конгломераты, песчаники, гравелиты и алевролиты. D1kn – кендейская свита: риолиты, андезиты и порфировидные базальты

Актальская свита, вмещающая цеолитовую минерализацию, с видимым согласием перекрывается разногалечными конгломератами, с редкими маломощными линзами песчаников и гравелитов, среднеюрской эрбекской свитой. Отложения обеих свит имеют моноклинальное залегание с выдержанным северо-восточным простиранием и опрокинутым залеганием слоёв под углом 75–90° к югу. Разрывные нарушения не установлены. Породы трещиноваты, трещины преимущественно ориентированы параллельно напластованию, реже встречаются поперечные и диагональные трещины.

По содержанию цеолитов руды месторождения Каменное являются бедными: 155–40 %. Основную часть руды составляет, главным образом, туфогенный материал. По запасам категории С2 (1261,7 тыс. т) и прогнозным ресурсам Р1 (2106 тыс. т) данный объект относится к мелкому по запасам (15–10 млн т) месторождению с бедными по содержанию цеолитов рудами. Минеральная форма цеолитов – клиноптилолит, гейландит. Форма залежей пластообразная, мощность залежей 55,4–64,9 м, в среднем 62,8 м. В составе цеолитоносной толщи выделены 3 самостоятельные пачки – нижняя, средняя и верхняя, разделённые безрудными интервалами мощностью от 3,1 до 8,9 м. Протяженность цеолитоносной толщи в пределах изученного участка составляет 520 м. Средняя мощность нижней цеолитсодержащей пачки – 13,5 м при среднем содержании цеолитов 16 %; средняя мощность средней и верхней пачек, соответственно, 8,6 м, 16 % и 28,6 м, 19 %. Гидрогеологические условия месторождения благоприятные – до уровня эрозионного вреза – 9805–1180 м, до которого подсчитаны запасы и ресурсы, естественного дренажа подземных вод не выявлено. Горно-геологические и горно-технические условия участка благоприятны для его отработки карьерным способом. Первоочередным объектом разработки рекомендуется верхняя цеолитоносная пачка как наиболее мощная и с более высоким содержанием цеолитов (Лебедев, 2012).

Туффогенная цеолитизированная порода примерно на 75 % состоит из угловатых, рогульчатых обломков размером 0,02–0,1 мм цеолитизированного вулканического стекла и неокатанных зерен обычного осадочного материала – кварца, полевых шпатов, биотита и т. д., в сумме не превышающих 20 %. В качестве цемента выступают также более мелкие цеолитизированные частички пепла и карбоната (~5–10 %). Цеолит красноватый, изотропный, псевдоморфно замещает обломки вулканического стекла (рис. 2, 4) (Сапелкина, Дружкова, 2012).

Рис. 2. Выходы цеолитоносной актальской свиты (С1ak) на участке федеральной трассы М-54, фото А. Макунина, пометки – авторов

Рис. 3. Туффит алевритовый, цеолитизированный, обр. КМ-2. Фото из коллекции Р.В. Кужугета.

а б

в г

Рис. 4. Микрофотографии шлифов цеолитсодержащих пород месторождения Каменное: а – обр. КМ-1 алевролит псаммитовый с цеолитизированным цементом (показан в красном кружке), 100-кратное увеличение, николи скрещены; б – КМ-2 туффит алевритовый цеолитизированный, обломки вулканического стекла, представленные цеолитом; в – известняк с примесью осадочного и пирокластического материала, цеолитизированные пепловые частицы; г – гнезда пластинчатого цеолита в туффите КМ-2 (Сапелкина, Дружкова, 2012; Сапелкина и др., 2012)

Все осадочные породы от известняка до туффита содержат цеолитизированные пирокластические обломки от 5 об. % в известняках до 80 об. % в туффите. В частности образец КМ-1 представляет собой алевролит псаммитистый массивной текстуры. Частицы размером 0,1–0,5 мм составляют не более 20 об. %. Обломочный материал представлен кварцем, плагиоклазом, калишпатом, биотитом, обломками кремнистых пород с примесью карбоната, причем цеолиты и карбонат развиваются по пепловым частицам вулканического стекла. Количество обломков, сложенных цеолитом, не превышает 10 %. Образец КМ-2 – туффит алевритовый, цеолитизированный. Цвет цеолита красноватый, псевдоморфно-замещающий обломки вулканического стекла, в скрещенных николях изотропный. Порода на 75 % состоит из угловатых, рогульчатых обломков размером 0,02–0,1 мм цеолитизированного вулканического стекла и неокатанных зерен обычного осадочного материала – кварца, полевых шпатов, биотита и т. д., в сумме не превышающих 20 %. Суммарное количество цеолита 80 об. %.

По петрохимическому составу обр. КМ-1 представляет кислую, умеренноглиноземистую и калиевую породу, КМ-2 – основная по кремнекислотности порода кальциевой и щелочной специализации (табл. 1). Приведенные в табл. 2 содержания главных элементов в целом соответствуют содержаниям породообразующих окислов, а по концентрации таких элементов-примесей, как Ba, Sr, Cr, Zr, S, Rb, Zn, Ni и Y, исследованные образцы не имеют значимых отличий.

Рентгенофазовым анализом (Shimadzu XRD-6000) изучался химический состав цеолитсодержащей породы данного месторождения, согласно которому она состоит из следующих фаз: алюмосиликатная (цеолит, монтмориллонит, гидрослюды) – 60,34 %, силикатная (кварц) – 17,80 % и карбонатная (кальцит) – 21,86 %. Основным минералом является Са-клиноптилолит, его кристаллохимическая формула

(Ca_4,95 K_0,60Mg_0,28Na_0,07Fe_0,1)_6,0[Si_29,05А_16,85О₇₂]×24Н₂О

отражает цеолито-глинисто-полевошпато-кварцевый состав породы (Карасал и др., 2015).

Кроме уже известного Каменного месторождения цеолитов, возможно обнаружение и других подобных проявлений в каменноугольных туфогенно-осадочных толщах в пределах Тувинского прогиба. Имеются также данные о присутствии минералов цеолитов гидротермального происхождения в измененных кислых эффузивах девонского возраста в Центральной и Западной Туве (Арзак, Терлиг-Хая, Сарыг-Хая и др.). Оценка их практической ценности и масштабы проявлений требуют дополнительных исследований.

Таблица 1

Петрохимический состав цеолитсодержащих пород месторождения Каменное, мас. %

Примечание. По данным доклада Сапелкиной Т.В. (Сапелкина и др., 2012).

Таблица 2

Элементный состав цеолитсодержащих пород месторождения Каменное, мас. %

Примечание. Анализы выполнены в Томском государственном университете рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре Lab-X 3500A (Сапелкина и др., 2012).

Технологические свойства и эффективность использования цеолитов Тувы в народном хозяйстве

Цеолиты данного месторождения характеризуется как адсорбенты высокой активности на основании оптической плотности химически модифицированных образцов цеолитсодержащей породы, изменяющейся от 0,375 до 0,403. Экспериментальными исследованиями Сапелкиной Т.В. и ее соавторов установлено, что действие кислотных растворов различной концентрации (0,25; 0,5; 1; 2; 5; 12 М) приводит не только к изменению химического состава, но и позволяет существенно изменить физико-химические показатели и улучшить структурные характеристики цеолитсодержащей породы месторождения Каменное. Кислотным воздействием может быть развита пористость, адсорбционная способность и удельная поверхность клиноптилолита, что улучшает сорбционные свойства для расширения сфер применения цеолитсодержащей породы в качестве эффективного поглотителя в различных технологических процессах (Сапелкина и др., 2016).

Исследованиями Карасала Б.К. с коллегами выявлено, что после тонкого измельчения и увлажнения цеолитсодержащая порода месторождения Каменное приобретает умереннопластичное состояние за счет разрушения структуры и разбухании цеолитовых и глинистых минералов, что позволяет получить керамические изделия хорошего качества (Карасал и др., 2017). Также, по результатам изучения физико-химических характеристик цеолитсодержащей породы Каменного месторождения, установлена возможность использования цеолитсодержащих пород в качестве фильтрующего материала в очистке сточных вод (Карасал и др., 2015).

Термоустойчивость цеолитов – важная характеристика, позволяющая судить о возможностях их использования в различных технологических процессах, поскольку особенности строения алюмокремнекислородного каркаса определяют уникальные свойства цеолитов. Стойкость кристаллической решетки под действием температур в значительной степени увеличивают эффективность их действия в качестве адсорбентов, катализаторов и молекулярных сит. Исследование Сапелкиной Т.В. и др. (2012) процессов при термической обработке цеолитсодержащих пород Тувы показало, что потеря воды в цеолитсодержащих породах приводит к увеличению адсорбционной емкости, что характерно для материалов в дегидратированном состоянии. Для исследований авторы отобрали семь лабораторных проб цеолитсодержащих пород месторождения Каменное. Они выявили, что эндотермические эффекты при 50–100 и 650–860 °С связаны с потерей адсорбированной и конституционной воды. Вода из цеолитсодержащих пород выделяется медленно. С повышением температуры и уменьшением влажности происходит сужение каналов структуры цеолита, в результате процесс выделения воды увеличивается. Потеря веса образцов составляет от 14 до 21 %. Следующие эндотермические реакции (807–856 °С) обусловлены изменением структуры и аморфизацией образца (Сапелкина и др., 2012).

Цеолитсодержащие породы данного месторождения подвергались также опытно-промышленным испытаниям сельскохозяйственного назначения. Так, между коллективным селькохозяйственным предприятием «Кок-Тей» и Тувинской геологоразведочной экспедицией на свинокомплексе «Кок-Тей» были проведены испытания на опытной партии свиней в количестве 100 голов. Технологическая переработка сырья включала только дробление до размера зерен 3 мм и менее. Целью проведенных испытаний была оценка эффективности использования цеолитсодержащих пород в качестве кормовой добавки при откормке свиней. В процессе этих работ, которые проведены в период с июня по середину декабря 1993 г., в рацион питания опытной партии животных ежесуточно включались в объеме 3 % цеолитсодержащие породы, раздробленные до размера менее 3 мм. Сохранность животных за весь период испытаний составила 100 %. Среднесуточный фактический привес поросят опытной группы превысил привес контрольной группы (поросят из остального поголовья цеха) на 145 %. Выполненный полуколичественный спектральный анализ свиного мяса животного опытной группы показал очень низкие содержания вредных элементов (% в озоленном остатке мяса): свинец – 0,0005, кадмий – 0,0003, цинк – 0,01, мышьяк, ртуть и фтор не обнаружены) (Монгуш, 2017; Чучко и др., 1995).

Кроме того, между птицефабрикой «Кызылская» и Тувинской геологоразведочной экспедицией на птицефабрике «Кызылская» были проведены испытания на опытной партии кур-несушек в количестве 5000 голов. Целью проведенных испытаний была оценка эффективности использования цеолитсодержащих пород в качестве кормовой добавки для кур-несушек. В процессе этих работ, которые проведены в период с июня по ноябрь 1993 г., в рацион питания опытной партии животных ежесуточно включались в объеме 3 % цеолитсодержащие породы, раздробленные до размера менее 2 мм. В качестве контрольной группы параллельно изучались куры-несушеки из остального поголовья фабрики. Основные результаты испытаний приведены в таблице. В виду того, что качественные показатели за первые три месяца заметно отличаются от показателей трех последних месяцев, они были сведены в две группы (табл. 3).

Таблица 3

Основные результаты применения цеолитсодержащих пород месторождения Каменное в качестве кормовой добавки для кур-несушек на птицефабрике «Кызылская»

Рис. 5. Улучшение показателей кур-несушек на птицефабрике Кызыльская в результате применения цеолитов месторождения Каменное в качестве кормовой добавки. Рисунок составлен по данным табл. 3

Различие показателей за июнь-август и сентябрь-ноябрь обусловлено влиянием адаптационного периода. Для объективной оценки эффективности применения цеолитового сырья необходимо использовать данные второго периода (сентябрь-ноябрь). В период с октября по ноябрь была также изучена упругость и тонкость скорлупы по результатам 15 определений яиц из опытной и контрольной групп. В результате сравнения с нормативными данными процент соответствия упругости яиц по контрольной группе составил 67 %, по опытной группе – 80 % (рис. 5). Содержание элементов-примесей в яйцах опытной и контрольной групп кур-несушек по результатам полуколичественного спектрального анализа оказалось идентичным. Среднестатистические данные за весь период испытаний – повышение яйценоскости на 4,8 %, снижение расхода кормов на одну голову на 12,3 %, улучшение показателей по насечке и загрязненности скорлупы яиц, сохранности птиц, подтверждают значительный экономический эффект от использования цеолитсодержащих пород в качестве кормовой добавки для кур-несушек.

Несмотря на предварительный характер результатов испытаний из-за их упрощенности, непродолжительности и возможных изъянов в регламенте, полученные данные убедительно доказали практическую ценность и важность использования цеолитсодержащих пород в животноводстве республики. Возможно также использование цеолитового сырья месторождения Каменное совместно с минеральными удобрениями для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а также применение их в качестве адсорбента в различных отраслях хозяйства Тувы (Монгуш, 2017; Чучко и др., 1995).

Заключение

При всем многообразии полезных ископаемых, высокому качеству их месторождений и благоприятной конъюнктуре полезных компонентов, их освоение сдерживается, в первую очередь, отсутствием эффективных транспортных коммуникаций между республикой и с соседними регионами (Дабиев и др., 2010; Дабиев, 2011; Дабиев, Ягольницев, 2012; Лебедев, Кужугет, 1998; Лебедев и др., 2001). В таких условиях первостепенное значение приобретает проблема освоения минерального сырья, которое может быть востребовано отраслями хозяйства самого региона, в первую очередь, сельского хозяйства. Эффективное и рациональное использование таких видов минерального сырья, как цеолиты, будет способствовать эффективному решению разных проблем в производстве стройматериалов, создании адсорбентов для очистки сточных вод, ускоренному развитию ряда отраслей животноводства, созданию дополнительных форм занятости населения республики и в целом созданию благоприятных условий для привлечения в экономику республики капиталов российских и зарубежных фирм.

Библиографическая ссылка