Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология использования бентонитовых глин в качестве сорбентов солей тяжелых металлов из организма животных в регионах техногенной нагрузки Республик.pdf
11
предъявляются свои специфические требования. Среди примесей
Показатели
Технологический тип
1
2 3 4
Содержание смектитов, %
Более 60
40-60 и более
90 и более
Емкость обменного
экв/100г сухой
породы
70-90
45-75 и более
70-90
Содержание (мг-экв/100г
45-60
1-12
1-60
Mg
10-12 - -
Содержание, %:
SiO2
55-62
55-68
64-71
Аl2О3
15-20
15-21
15-17
Fe2O3
1,2-4,6
1,5-7,1
0,7-1,7
FeO
1-2
0,5-2,5
0,3
наиболее благоприятны цеолиты, кристобалит, опал органического
происхождения. Высокими адсорбционными свойствами обладают
бентониты месторождения Гумбри (Грузия), месторождений из
окрестностей Нальчика (Кабардино-Балкария) и др.
Бентониты каждого класса могут быть представлены как
щелочной, так и щелочноземельной разновидностями в зависимости
от содержания обменных катионов щелочных и щелочноземельных
металлов, в основном, натрия и кальция (табл. 2).
Таблица 2. Промышленная классификация технологических типов
бентонитов (Дистанов У.Г., 1998)
комплекса, мг-
сухой породы) обменного Na
Ca 13-18 18-69 13-69
К щелочным отнесены бентониты, в обменном комплексе
которых содержится не менее 60% обменных катионов натрия от
общей обменной емкости.
Известная технологическая классификация в большей степени
относится к щелочным бентонитам, месторождений которых на
Щелочной Щелочно-
земельный
Беложгущийс
я
12
территории России крайне мало. Для щелочноземельных бентонитов
отсутствуют технические решения по переработке их как
адсорбционного сырья. В качестве адсорбентов глины
монтмориллонитового состава - бентониты используются как в
природном виде, так и, более эффективно, после их активации
химическим, термическим, термохимическим и другими способами.
Вся бентопродукция поступает потребителям и в продажу в
виде порошков, гранул, хлопьев, паст, суспензий.
В странах СНГ принята следующая градация бентонитов: а)
щелочные; б) щелочноземельные; в) щелочно-щелочноземельные; г)
белые или беложгущиеся (маложелезистые, щелочные и
щелочноземельные); д) нонтронитовые; е) активированные; ж) бентон
(гидрофобный бентонит); з) бентокол (наиболее тонкая фракция после
отмучивания).
Технологические типы бентонитов выделяют по соотношению
в них катионного состава:
• щелочной Na Ca Mg;
• щелочноземельный Na Ca Mg;
• щелочно-щелочноземельный Na Ca Mg.
Сельское хозяйство является перспективной отраслью, где с
большой эффективностью используются бентониты (А. Хенниг, 1976;
К.Т. Ташенов, 1997; K.D. Gunter, 1992).
Комбинированные корма, сбалансированные по основным
питательным веществам, могут обеспечить повышение
продуктивности животноводства на 10-12%, а при обогащении
средствами химии, биологически активными веществами и другими
средствами, их эффективность повышается на 25-30% (Э.
Филиппович, 1994; Б.Д. Кальницкий с соавт., 1985, 1996).
Лабораторные и заводские испытания подтверждают высокую
эффективность применения бентонитов для ликвидации
слеживаемости карбамида и комбикорма с карбамидом и бентонитом
(Георгиевский В.И., 1979; С.А. Лапшин, 1988; П.А. Матюшевский,
1997).
Показано положительное влияние гранулированного
комбикорма с карбамидом и бентонитом, в частности на молочных
коровах, при этом увеличивается надой молока на 10% и повышается
его жирность до 3,6-3,8%. Бентонитовые глины могут быть
использованы в животноводстве и птицеводстве также при
непосредственном введении в кормовые добавки.
13
Это подтверждено многочисленными опытами отечественных
и зарубежных авторов (В.И. Георгиевский, 1979; К.Р. Гочиташвили и
др., 1980; Б. А. Дзагуров, 1999; Б.В. Кацитадзе, 1974 Ташенов К.Т.,
1996; Ж.С. Хусаинов, 2002; Т. Dawkins, 1990). Опыты, проведенные
Грузинским зоотехническо-ветеринарным учебно-исследовательским
институтом, касались бентонитов месторождений Асканы и Гумбри.
Лучшие результаты получены при использовании асканских
бентонитов. Основную роль в этом играют высокие сорбционнокаталитические и другие коллоидно-химические свойства бентонитов.
Благодаря этому облегчается пищеварение, поглощение вредных
выделений при попадании корма в желудок, лучшее усвоение
полезных компонентов и, как следствие, повышение коэффициента
полезного действия желудка.
О влиянии бентонитов на почву следует иметь в виду характер
почв, их коллоидно-химические свойства и физическое состояние,
физико-химические показатели испытуемых бентонитов. Кроме того,
необходимо учитывать и высокую влагоемкость монтмориллонита,
что играет основную роль для удерживания влаги в почве в
засушливый период. Бентониты благоприятно влияют на
сельскохозяйственные культуры в районах избыточного увлажнения,
где жизнь затруднена вследствие переувлажнения почвы.
Одним из средств воздействия на рост продуктивности
земледелия может служить применение мелиорантов, пролонгаторов,
микроэлементных удобрений, в качестве которых и выступают
бентониты.
В работах ряда авторов (D.B. Hawkins, 1984; R.W. Hemken,
1984; C. Landis, 1999) приведены результаты исследований по
применению цеолитов и бентонитов в качестве мелиорирующего
адсорбента для повышения плодородия почв и очистки водоемов.
Бентонитовая глина влияет на строение почвы, ее водные свойства и
повышает содержание полезной для растений воды. Опыты
подтверждают увеличение урожайности зеленой массы люпина на 1022% от прямого действия бентонита и на 8-19% от его последствий.
На основе цеолитов и бентонитов получают
органоминеральные удобрения пролонгирующего действия путем его
смешивания с куриным пометом или свиным навозом с дальнейшим
гранулированием (R. Javanovie, 1982; T. Kalu, 1979).
Новая сфера применения бентонитов связана с производством
жидких комплексных и суспензированных удобрений. При прочих
14
равных условиях главное преимущество технологии получения этих
видов удобрений, по сравнению с твердыми и гранулированными,
заключается в упразднении стадии термообработки и снижении
себестоимости производства.
Зарубежная и отечественная практика показывает, что
бентониты могут играть важную роль в ирригационном строительстве
(R.W. Hemken, 1984; Ш.Б. Батталова, 1980). Как известно, одним из
важных ирригационных мероприятий является борьба с фильтрацией
воды в оросительных системах и водохранилищах. Более доступным и
достаточно эффективным следует признать применение для
облицовки каналов набухающих бентонитов, мельчайшие частицы
которых способны не только заполнить пространства между
песчинками и агрегатами грубоструктурных почв, но и проникать в
микропоры. Здесь монтмориллониты, слагающие бентониты, в водной
среде будут набухать, во много раз увеличиваться в объеме;
образованный таким образом монолитный слой через себя не будет
пропускать воду. Высокие структурно-механические свойства водных
суспензий бентонитов здесь играют решающее значение.
Кроме описанных выше областей народного хозяйства,
бентониты могут найти применение и во многих других направлениях,
в том числе для: очистки промышленных выбросов; поглощения
жидких и газообразных вредных веществ в птице- и
животноводческих фермах; осушения и консервирования зеленых
кормов животных, снижения влажности зернопродуктов; закрепления
песчаных грунтов, особенно в пустынных районах; эмульгирования
антисептических средств деревопропиточного хозяйства с целью
предохранения деревянных изделий от порчи, а также смазочных
материалов взамен применяемых кальциевых мыл; суспендирования
электролитов в производстве сухих элементов вместо применяемой
здесь пшеничной муки и т.д.
Анализ опубликованных источников позволяет сделать вывод
о том, что с одной стороны, данный вид минерального сырья можно
поставить в ряд исключительных материалов, подобных которому
трудно найти в природе или синтезировать искусственным путем, и
только глубокие и целенаправленные научные исследования могут
способствовать выявлению всех особенностей состава и строения
монтмориллонитовых глин и открытию новых перспективных
направлений их использования.
15
Таким образом, в современных социально-экономических
условиях с выраженным техногенным прессингом на организм
животных и животноводческую продукцию необходима научно
обоснованная оценка состояния здоровья животных и изыскание
препаратов, корригирующих содержание токсикантов в организме и
продукции на региональном уровне с учетом экологического
состояния территории.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН
МЕСТОРОЖДЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Бентонитовые глины
(голубая, аналог белой
глины) – тонкодисперсные
глины, состоящие из
минералов группы
монтмориллонитов, на
ощупь плотные, жирные,
имеют различные оттенки
зелено-голубых и
коричневых тонов.
Обладают высокими
каталитическими,
ионообменными и адсорбционными свойствами и являются важным
видом минерального сырья для отраслей народного хозяйства (А.В.
Якимов и др., 2002).
На территории республики известно 36 месторождений и
проявлений бентонитовых и бентонитоподобных глин. Балансом
запасов Российской Федерации «Глины бентонитовые» на территории
Республики Татарстан учитывается три месторождения: Биклянское
(Тукаевский район), Тарн-Варское и Верхне-Нурлатское (Нурлатский
район) с суммарным запасом 35,940 млн. тонн бентонита.
Мощность бентонитового слоя Биклянского месторождения
составляет от 2 до 15 м, вскрышная порода колеблется в пределах 0,7 –
19,7м. На Биклянском месторождении разрабатываются ЮгоВосточный и Южно-Биклянский участки. Юго-Восточный участок с
запасом 14,358 млн. тонн разрабатывается Альметьевским заводом
глинопорошка.
16
Запасы бентонита Тарн-Варского месторождения составляют
2,788 млн. тонн и разрабатываются Казанским заводом керамзитового
гравия. Средняя мощность бентонитовой породы - 5,7м, мощность
вскрышных пород находится в пределах 1,0 – 14м. По
«Технологической квалификации бентонитовых глин РТ как
адсорбционного сырья» Тарн-Варские бентониты относятся к
щелочно-земельной магниево-кальциевой породе минералов и
отнесены к глинам среднего качества и маркам М
– С2Т2 по ГОСТ
2Т2
28177-89.
Верхне-Нурлатское месторождение бентонитовых глин
разрабатывается ОАО «Татагропромстрой». Средняя мощность
бентонитового слоя этого месторождения составляет 5,3 или от 0,5 до
11,6м, мощность вскрышных пород в среднем 5,3 (0,5-12,8)м.
Все разрабатываемые месторождения бентонитов имеют
удовлетворительные технические условия открытой, горизонтальной
разработки. Бентонит из карьерного участка месторождений
железнодорожными путями доставляется на заводы по переработки и
реализации, где проходит термическую обработку в печах при
температуре 1000°С в течение одного часа. Обезвоженная
бентонитовая глина приобретает бурый цвет и консистенцию
сыпучего порошка. Далее следует упаковка бентопоршка в тару
(мелкая - от 33,0 кг, крупная от - 500,0 кг) и реализация товара.
Разведанные и оцененные запасы бентонитовых глин
Республики Татарстан составляют около 125 млн. тонн. Наиболее
крупные из них Березовское месторождение – 18,673 млн. тонн
(Нурлатский район), Апастовское – 421,4 млн. тонн (Апастовский
район). Небольшие месторождения имеются в Елабужском
(Бехтеревское), Заинском (Юколинское), Муслюмовском районах
(Верхнее Табынское), Больше-Атынское, Сидорово-Пустошское и др.
Основополагающим минералом в бентонитовой глине является
монтмориллонит, содержание которого в зависимости от
месторождения и качества бентонитов может достигать от 40 до 85%.
Основными включениями в минеральном составе бентонитовых глин
являются каолинит, гидрослюда, кварц (табл. 3).
Все бентониты, находящиеся на территории республики, являются
щелочноземельными, их обменный комплекс состоит из катионов
кальция и магния. Обменные катионы определяют величину емкости
обмена до 40-60 мг-экв/100г породы и обусловливают активные
ионообменные и адсорбционные свойства.
17
Тарн-Варское
месторождение
Биклянское
месторождение
1
2
3
Минеральный состав, %
монтмориллонит
80,0-82,0
64,0
гидрослюда
6,0-8,0
11,0
каолинит
6,0
15,0
кварц
5,0-7,0
8,0-12
Химический состав, %
Si O2
66,57
54,05
Ti O2
0,58
0,90
Al2 O3
17,04
19,64
Fe2 O3
5,51
5,50
Mn O
0,03
0,08
Ca O
0,80
2,03
Mg O
1,5
2,42
Na2 O
0,2
0,48
K2 O
2,57
1,69
P2 O5
0,09
0,12
SO3 общий
0,42
0,31
Физико-химические свойства
Органические вещества, %
0,61-1,62
0,42-1,11
Естественная влажность, %
26-28
22-25
Число пластичности
25-30
24-28
Коэффициент вспучивания, ед
60-100
40-90
Сумма обменных катионов,
мг/эк.
45,98
39,63
Показатель адсорбции
58-62%
43-52
Качество
Среднее
Низкое
Таблица 3. Сравнительная характеристика минерального и
химического состава бентонитов различных месторождений
Республики Татарстан
Состав,%
Пористая ленточная структура бентонитов, содержащая
разбухающие пакеты, предопределяет увеличивающуюся поверхность
и ноздреватость бентонитовых глин, и усиливает сорбционные
18
свойства породы. В процессе адсорбции отдельных элементов
параметры ленточной структуры бентонитов в зависимости от ряда
обменных катионов, электронной структуры молекул адсорбента
увеличиваются на 3-10 А°, и в межпакетные пространства бентонита
внедряются один или несколько молекул адсорбируемого вещества
(тяжелые металлы, химические элементы и др.) и удерживаются там с
медленным высвобождением обратно (Т.Х. Ишкаев, 2005). Кроме
этого в своем составе бентониты имеют широкий спектр микро- и
макроэлементов. Учитывая уникальные свойства бентонитовых глин и
широкое использование их в сельскохозяйственном производстве
(земледелие, растениеводство – как сорбент токсикантов в почвах,
животноводство – как кормовая минеральная добавка животным)
обусловило выбор бентонитов в качестве сорбентов солей тяжелых
металлов из организма сельскохозяйственных животных.
3. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БЕНТОНИТА, КАК
КОРМОВОЙ ДОБАВКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ЖИВОТНЫХ
Издревле пытливыми исследователями и в настоящее время
современными учеными наблюдалось, что как дикие, так и
одомашненные животные и птицы время от времени употребляют в
пищу природные минералы. Одним из более распространенных и
потребляемых минералов является бентонитовая глина. Интуитивное
использование бентонита в корм животными и птицей, широкий
спектр микро- и макроэлементов в его составе, уникальные
ионообменные свойства обусловили наш выбор бентонитов для
использования его в качестве кормовой добавки
сельскохозяйственным животным.
Впервые в отделе животноводства Татарского НИИ
агрохимии и почвоведения были проведены исследования бентонитов
Тарн-Варского месторождения Республики Татарстан с целью оценки
и возможности применения их в качестве кормовых добавок
животным. Сотрудники отдела благодарны за оказание
консультативной помощи и сопровождение опытов по
токсикологической оценке Тарн-Варских бентонитов заведующему
отделом токсикологии ФГУ «ФЦТРБ-ВНИВИ», доктору
биологических наук, профессору М.Я. Тремасову
19
Применение бентонита в кормлении животных потребовало
Химические элементы,
1 проба
2 проба
3 проба
Cu
10,6
9,9
10,7
Zn
41,0
39,3
41,2
Mn
88,0
87,6
86,2
Co
37,0
36,8
37,1
Pb
0,12
0,15
0,14
Ag
0,005
0,004
0,005
Cd
0,01
0,02
0,01
Ca
38,0
39,2
38,4
Mg
413
415
412
Cr
2,7
1,9
1,5
Na, г/кг
16,6
16,2
16,5
K, г/кг
12,5
12,7
12,9
Fe, г/кг
10,0
10,3
10,5
исследование его самого на содержание токсичных элементов и
проведение научно-исследовательских экспериментов на
лабораторных животных с целью выяснения оптимальных доз
применения, при которых не нарушается жизнедеятельность и
восполняется минеральное питание животных, что проявляется
повышением прироста массы.
При исследовании трех проб бентонитовой глины на
химический состав было установлено, что количество токсичных
элементов в ней не превышает допустимые концентрации (табл. 4).
Таблица 4. Содержание химических элементов в
бентонитовой глине Тарн-Варского месторождения
мг/кг
Для определения оптимальных доз кормления бентонита и
выяснения количеств, с которых бентонит начинает негативно влиять
на организм животных, были проведены опыты по выявлению острой
оральной токсичности (рис. 2).
20
Рис. 2. Введение водной взвеси бентонитов в желудок с помощью
внутрижелудочного зонда
Определение острой оральной токсичности проводили на
самках половозрелых белых мышей, согласно методике «Определение
токсичности на белых мышах» ГОСТ 28178-89. Однократное оральное
введение водной взвеси бентонитов белым мышам в дозах 5,0, 10,0
г/кг живой массы не оказало влияния на клинические и
патологоанатомические параметры животных. Введение бентонитов в
дозе 15,0 г/кг живой массы изменяло поведенческие реакции мышей в
сторону угнетения, однако данные процессы через 4-5 часов носили
обратимый характер. Одновременно с этим доза в 15,0 г/кг живой
массы приводила к серозно-катаральному воспалению желудочнокишечного тракта. Согласно ГОСТу – 2.14.95 токсичность бентонита
может быть классифицирована как невыраженная.
Изучение кумулятивных свойств бентонитов Тарн-Варского
месторождения проводили методом Lim R. Et al. (1961). По методике
опыта через каждые четыре дня дозу вводимых бентонитов
увеличивали в 1,5 раза от дозы предыдущего периода. Учитывали
общее физиологическое состояние и смертность животных, что
являлось косвенным указателем кумуляции бентонитов.