Влияние микроэлементного состава углеродсодержащих пород на возможность их использования в водоочистке (на примере шунгитов из онежской палеопротерозойской структуры Карелии)

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью получения непротиворечивой информации о возможности использования углеродсодержащих осадочных пород шунгитов для очистки питьевой воды. В настоящее время шунгиты используются во многих отраслях промышленности, доказана их эффективность при очистке сточных вод от органических веществ и нефтепродуктов. Учитывая высокую адсорбционную способность шунгитов, отдельные исследователи без должных на то оснований, рекомендуют использовать их для очистки вод хозяйственно-питьевого водопользования. Цель: изучить микроэлементный состав шунгитов, оценить возможность поступления вредных для человека микроэлементов в водный раствор шунгита. Объекты: образцы шунгитов из палеопротерозойских разрезов Онежской синклинальной структуры, Карелия. Методика: электронная микроскопия, химический анализ, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Результаты. Изучен макро- и микроэлементный состав шунгитов палеопротерозойской Онежской структуры (Карелия). Их минеральный состав представлен преимущественно кварцем (25-65 %), серицитом, хлоритом, пиритом, встречается карбонат, содержание свободного углерода составляет 21-45 %. Пирит присутствует как в форме нодулей, так и в микропрожилках. Помимо пирита отмечены сульфиды цинка, кобальтин, окислы свинца. Макроэлементы (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na, K), обнаруживаемые в химическом составе шунгитов, входят преимущественно в состав породообразующих минералов. Помимо макроэлементов, в шунгитах содержится значительное число микроэлементов, связанных с акцессорными минералами и сульфидами различной размерности. Это S, As, V, Co, Ni, Cr, Cu, Zn, Mo, Ge, В, Sr, Li, Pb, редкоземельные элементы. В шунгитах Зажогинского месторождения содержания хрома составляют от 96 до 151 г/т, содержания никеля - от 102 до 259 г/т. В углеродсодержащих породах Максово хром присутствует в количестве 103-144 г/т, концентрации никеля определены в интервале 47-196 г/т. Для месторождения Шуньга эти значения следующие: Cr присутствует в количестве 74-137 г/т, содержание Ni равно 86-275 г/т. Шунгиты, обладая высокой сорбционной способностью, могут поглощать вредные компоненты из воды. Благодаря данному свойству их предлагают использовать в водоочистке питьевой воды. Не следует забывать, что одновременно происходит и обратный процесс - экстрагирование в воду из шунгитов вредных для человека примесных элементов. Существующие в настоящее время способы очистки не позволяют удалить микропримеси, поэтому вопрос об использовании шунгитов для водоподготовки с целью питьевого водоснабжения остается открытым.

The relevance of the study is caused by the need to obtain consistent information about the possibility of using carbonaceous sedimentary rocks of shungite for drinking water purification. Currently, shungite is used in many industries, their effectiveness has been proven in the treatment of wastewater from organic and oil products. Using the high adsorption capacity of shungite, a number of authors, without good reason, recommend using shungite for purification of water for domestic and drinking use. Purpose: to study the microelement composition of shungite, to assess the possibility of introducing microelements harmful to humans into an aqueous solution of shungite. Objects: samples of shungite from the Paleoproterozoic successions of the Onegian paleobasin, Karelia. Methods: scanning electron microscopy, chemical analysis, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). Results. The macro- and microelement composition of shungites of the Paleoproterozoic of the Onegian paleobasin (Karelia) has been studied. The sulfides and accessory minerals of shungite contain trace elements of various dimensions that are harmful to humans. Their mineral composition mainly consists of quartz (25-65 %), sericite, chlorite, pyrite, carbonate. The organic carbon content varies from 21 to 45 %. Pyrite is present both in the form of nodules and in micro-veins. In addition to pyrite sulphides of zinc, cobaltite, lead oxides are observed. Macroelements (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na, K) found in the chemical composition of shungites are mainly part of rockforming minerals. In addition to macroelements, shungites contain a significant number of trace elements associated with accessory minerals and sulfides of various dimensions. These are S, As, V, Co, Ni, Cr, Cu, Zn, Mo, Ge, B, Sr, Li, Pb, rare earth elements. In the shungites of the Zazhogino Deposit, the chromium content varies from 96 to 151 ppm, the nickel content varies from 102 to 259 ppm. In carbon rich rocks of the Maksovo Deposit chromium is present in the amount of 103-144 ppm, nickel concentrations are determined in the range of 47-196 ppm. For the Shunga Deposit, these values are as follows: Cr is present in an amount of 74-137 ppm, Ni content varies from 86 to 275 ppm. The sulfides and accessory minerals of shungite contain trace elements of various dimensions that are harmful to humans. Having a high sorption capacity, shungite can absorb harmful components from water. At the same time, the reverse process also occurs - the extraction of impurity elements harmful to humans from shungite. The currently existing methods for purifying shungites do not allow them to be purified from micro impurities, therefore, the question of using shungites for treatment of drinking water supply remains open.