Кизельгур - Diatomaceous earth

Образец пищевой диатомовой земли

Диатомовая земля ( / ˌ д . Ə . Т ə м . Ʃ ə с / ), диатомит ( / д æ т . Ə ˌ м т / ), или кизельгур / кизельгур является естественным, мягким, кремнистая осадочная порода, которую можно измельчить в мелкий порошок от белого до почти белого цвета . Он имеет размер частиц от более 3 мкм до менее 1 мм, но обычно от 10 до 200 мкм. В зависимости от зернистости этот порошок может иметь абразивное ощущение, подобное порошку пемзы , и иметь низкую плотность в результате своей высокой пористости . Типичный химический состав высушенной в печи диатомитовой земли составляет 80–90% кремнезема , 2–4% глинозема (в основном относящегося к глинистым минералам ) и 0,5–2% оксида железа .

Кизельгур состоит из окаменелых остатков диатомовых водорослей , типа протистов с твердой оболочкой . Он используется в качестве фильтрующего средства, мягкого абразива в продуктах, включая полироли для металлов и зубную пасту , механический инсектицид , абсорбент для жидкостей, матирующий агент для покрытий, усиливающий наполнитель в пластмассах и резине, антиблокировочный материал в пластиковых пленках, пористую основу для химических катализаторов, наполнитель для кошачьего туалета , активатор в исследованиях свертывания крови , стабилизирующий компонент динамита , теплоизолятор и почва для горшечных растений и деревьев, таких как бонсай .

Кизельгур в свете яркого поля под световым микроскопом . Это изображение частиц диатомовой земли в воде имеет масштаб 6,236 пикселей / мкм , при этом все изображение покрывает область размером примерно 1,13 на 0,69 мм.
Фото диатомовой земли с растрового электронного микроскопа

Состав

Каждое месторождение диатомовой земли индивидуально, с различными смесями чистой диатомитовой земли в сочетании с другими природными глинами и минералами. Диатомовые водоросли в каждом месторождении содержат разное количество кремнезема, в зависимости от условий седиментации , наличия других отложений (глина, песок, вулканический пепел) и возраста месторождения ( диагенез , растворение / осаждение кремнезема , тесты на старение диатомовых водорослей). ). Виды диатомовых водорослей также могут различаться в зависимости от месторождения. Вид диатомовых водорослей зависит от возраста и палеосреды месторождения. В свою очередь, форма диатомовой водоросли определяется ее видом.

Многие месторождения по всей Британской Колумбии , такие как Земля Красного озера, относятся к эпохе миоцена и содержат вид диатомовых водорослей, известный как Melosira granulata . Возраст этих диатомовых водорослей составляет от 12 до 13 миллионов лет, и они имеют небольшую шаровидную форму. Месторождение, содержащее диатомеи этой эпохи, может дать определенные преимущества перед другими. Например, диатомовые водоросли эпохи эоцена (возраст приблизительно от 40 до 50 миллионов лет) не так эффективны в своей способности поглощать жидкости, потому что по мере перекристаллизации более старых диатомовых водорослей их маленькие поры заполняются кремнеземом.

Формирование

Диатомит образуется в результате накопления остатков аморфного кремнезема ( опал , SiO 2 · nH 2 O) мертвых диатомовых водорослей (микроскопических одноклеточных водорослей ) в озерных или морских отложениях . В ископаемом остатки состоят из пары симметричных оболочек или панцирей . Морские диатомиты встречаются вместе с большим количеством других типов пород, но озерные диатомиты почти всегда связаны с вулканическими породами. Диатомовый сланец состоит из диатомита , которые были цементированным с кремнеземом.

Диатомовые водоросли способны извлекать кремнезем из воды, которая менее 1% насыщена аморфным кремнеземом (индекс насыщения (SI): -2). Их панцири остаются нерастворенными, потому что они окружены органической матрицей. Минералы глины также могут осаждаться на панцирях и защищать их от растворения в морской воде. Когда диатомовые водоросли умирают, панцирь лишается органического слоя и подвергается воздействию морской воды. В результате только от 1% до 10% панцирей выживают достаточно долго, чтобы быть погребенными под осадками, и некоторые из них растворяются в осадках. Только от 0,05% до 0,15% от первоначального количества кремнезема, производимого диатомовыми водорослями, сохраняется в осадочных записях.

Открытие

В 1836 или 1837 году немецкий крестьянин Петер Кастен обнаружил кизельгур (нем. Kieselgur ), когда рыл колодец на северных склонах холма Хаусельберг в Люнебургской пустоши в Северной Германии .

Места добычи и хранения в Люнебургской пустоши

Neuohe - добыча с 1863 по 1994 год
Вихель с 1871 по 1978 год
Хютцель с 1876 по 1969 год
Хессеринген с 1880 по 1894 год
Хаммерсторф с 1880 по 1920 год
Обероэ с 1884 по 1970 год
Шмарбек с 1896 по c. 1925 г.
Стейнбек с 1897 по 1928 год
Брело с 1907 по 1975 год
Швиндебек с 1913 по 1973 год
Хетендорф с 1970 по 1994 год

Толщина залежей достигает 28 метров (92 фута), и все они состоят из пресноводной диатомитовой земли.

До Первой мировой войны почти все мировое производство диатомовой земли приходилось на этот регион.

Прочие депозиты

В Польше месторождения диатомита находятся в Яворнике и состоят в основном из диатомовых скелетов (панцирей).

В Германии кизельгур добывали также в Альтеншлирфе на Фогельсберге ( Верхний Гессен ) и в Кликене ( Саксония-Ангальт ).

В заповеднике Соос в Чешской Республике есть слой диатомовой земли толщиной более 6 метров (20 футов) .

Месторождения на острове Скай , у западного побережья Шотландии, разрабатывались до 1960 года.

В Колорадо и в округе Кларк, штат Невада , США, есть отложения, мощность которых местами достигает нескольких сотен метров. Морские отложения работали в формировании Sisquoc в Санта - Барбаре, штат Калифорния , недалеко от Lompoc и вдоль Южной Калифорнии побережья . Это крупнейшее в мире месторождение диатомита. Дополнительные отложения морских были разработаны в штате Мэриленд , Вирджиния , Алжир и MoClay Дании. Отложения пресноводных озер встречаются в Неваде, Орегоне , Вашингтоне и Калифорнии . Озерные отложения также встречаются в межледниковых озерах на востоке США, в Канаде и в Европе в Германии, Франции, Дании и Чехии. Всемирная ассоциация отложений диатомита и вулканических отложений предполагает, что наличие кремнезема из вулканического пепла может быть необходимо для толстых отложений диатомита.

Кизельгур иногда встречается на поверхности пустынь . Исследования показали, что эрозия диатомовой земли в таких районах (например, во впадине Боделе в Сахаре ) является одним из наиболее важных источников пыли в атмосфере, влияющей на климат.

В кремнистых панцирях из диатомовыхов накапливаются в пресных и соленых болотах и озерах. Некоторые торфы и илы содержат достаточное количество створок, чтобы их можно было добывать. Большинство диатомовых земель Флориды были обнаружены в иле заболоченных земель или озер. Американская корпорация по производству диатомита с 1935 по 1946 год очищала максимум 145 тонн в год на своем перерабатывающем заводе недалеко от Клермонта, Флорида . Грязь из нескольких мест в округе Лейк, штат Флорида, была высушена и обожжена ( кальцинирована ) для получения диатомовой земли. Ранее его добывали из озера Миватн в Исландии.

Коммерческие месторождения диатомита ограничены третичным или четвертичным периодами. Известны более древние отложения, относящиеся еще к меловому периоду, но они низкого качества.

Месторождения диатомита, богатые окаменелостями, были обнаружены в Новой Зеландии, но разработка месторождений Фулден-Маар в промышленных масштабах для переработки в корм для животных вызвала сильное сопротивление.

Коммерческая форма

Кизельгур коммерчески доступен в нескольких форматах:

  • гранулированная диатомитовая земля - ​​это сырье, которое просто измельчают для удобной упаковки
  • измельченная или микронизированная диатомитовая земля является особенно мелкой (от 10 мкм до 50 мкм) и используется для инсектицидов.
  • кальцинированная диатомитовая земля подвергается термообработке и активируется для фильтров.
Стенки отдельных клеток диатомовых водорослей часто сохраняют свою форму даже в промышленных фильтрующих средах, таких как этот для бассейнов.
Живые морские диатомеи из Антарктиды (увеличено)

Использование

Взрывчатые вещества

В 1866 году Альфред Нобель обнаружил, что нитроглицерин можно сделать гораздо более стабильным, если он будет поглощен диатомитом (кизельгуром). Это обеспечило гораздо более безопасную транспортировку и обращение, чем чистый нитроглицерин в жидкой форме. Нобель запатентовал эту смесь как динамит в 1867 году; смесь также называется гур-динамит от немецкого термина кизельгур.

Фильтрация

Целла инженер Вильгельм Berkefeld признал способность диатомовой земли к фильтру и разработал трубчатые фильтры (известный как фильтровальные свечи) обстрелял из диатомовой земли. Эти фильтры Беркефельда успешно использовались во время эпидемии холеры в Гамбурге в 1892 году . Одна из форм диатомитовой земли используется в качестве фильтрующей среды, особенно для бассейнов. Он имеет высокую пористость, поскольку состоит из микроскопически мелких полых частиц. Кизельгур (иногда называемый торговыми марками, такими как Celite) используется в химии как вспомогательное средство фильтрации, чтобы увеличить скорость потока и отфильтровать очень мелкие частицы, которые в противном случае могли бы пройти через фильтровальную бумагу или забить ее . Он также используется для фильтрации воды, особенно в процессе очистки питьевой воды и в аквариумах , и других жидкостей, таких как пиво и вино. Он также может фильтровать сиропы, сахар и мед, не удаляя и не изменяя их цвет, вкус или питательные свойства.

Абразивный

Самый старый вид диатомита - это очень мягкий абразив, который использовался в зубной пасте , средствах для полировки металлов и некоторых скрабах для лица.

Борьба с вредителями

Диатомит ценен как инсектицид из-за своих абразивных и физико- сорбционных свойств. Мелкодисперсный порошок адсорбирует липиды из воскообразного внешнего слоя экзоскелетов многих видов насекомых; этот слой действует как барьер, препятствующий потере водяного пара из тела насекомого. Повреждение слоя увеличивает испарение воды из их тел, так что они обезвоживаются, часто со смертельным исходом.

Членистоногие умирают в результате дефицита давления воды, основанного на законе диффузии Фика . Это также работает против брюхоногих моллюсков и обычно используется в садоводстве для уничтожения слизней . Однако, поскольку слизни обитают во влажной среде, эффективность очень низкая. Кизельгур иногда смешивают с аттрактантом или другими добавками, чтобы повысить его эффективность.

Не было доказано, что форма диатомовых водорослей, содержащихся в отложениях, влияет на их функциональность, когда дело касается адсорбции липидов; однако некоторые применения, например, для слизней и улиток, работают лучше всего, когда используются диатомовые водоросли определенной формы, что позволяет предположить, что адсорбция липидов - это еще не все. Например, в случае слизней и улиток большие колючие диатомеи лучше всего подходят для разрыва эпителия моллюска. Раковины диатомовых водорослей в некоторой степени действуют на подавляющее большинство животных, у которых происходит шелушение при отрыве кутикулы , таких как членистоногие или нематоды . Он также может иметь другие эффекты на лофотрохозойных , например, на моллюсков или кольчатых червей .

Медицинский диатомит был изучен на предмет его эффективности в качестве средства для дегельминтизации крупного рогатого скота; в обоих исследованиях указано, что группы, получавшие диатомовую землю, показали себя не лучше, чем контрольные группы. Он обычно используется вместо борной кислоты и может использоваться для контроля и, возможно, устранения постельных клопов , клещей домашней пыли , тараканов , муравьев и блох .

Кизельгур широко применяется для борьбы с насекомыми при хранении зерна.

Чтобы быть эффективным в качестве инсектицида, диатомовая земля должна быть некальцинированной (т. Е. Ее нельзя подвергать термообработке перед применением) и иметь средний размер частиц менее примерно 12 мкм (т. Е. Пищевой - см. Ниже ).

Несмотря на то, что пестициды, содержащие диатомит, считаются относительно низкоопасными, они не освобождаются от регулирования в Соединенных Штатах в соответствии с Федеральным законом об инсектицидах, фунгицидах и родентицидах и должны быть зарегистрированы в Агентстве по охране окружающей среды .

Тепловой

Его термические свойства позволяют использовать его в качестве барьерного материала в некоторых огнестойких сейфах. Он также используется в вакуумной порошковой изоляции для криогенной техники. Порошок диатомовой земли помещается в вакуумное пространство для повышения эффективности вакуумной изоляции. Он использовался в классических плитах AGA как тепловой барьер.

Поддержка катализаторов

Кизельгур также находит некоторое применение в качестве носителя для катализаторов , обычно служа для максимизации площади поверхности и активности катализатора . Например, никель может быть нанесен на материал - комбинация называется Ni-Kieselguhr - для улучшения его активности в качестве катализатора гидрирования .

сельское хозяйство

Природная пресноводная диатомитовая земля используется в сельском хозяйстве для хранения зерна в качестве антислеживающего агента , а также в качестве инсектицида. Он одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в качестве кормовой добавки для предотвращения слеживания.

Некоторые считают, что его можно использовать как естественное антигельминтное средство ( средство от глистов), хотя исследования не показали его эффективности. Некоторые фермеры добавляют его в свой корм скоту и птице, чтобы предотвратить слеживание корма. «Пищевой диатомит» широко доступен в магазинах сельскохозяйственных кормов.

Пресноводный диатомит можно использовать в качестве питательной среды в гидропонных садах.

Он также используется в качестве питательной среды для горшечных растений, особенно в качестве почвы для бонсай . Энтузиасты бонсай используют его как почвенную добавку или выращивают бонсай в 100% кизельгурской земле. В овощеводстве он иногда используется в качестве кондиционера почвы , потому что, как перлит , вермикулит и керамзит , он удерживает воду и питательные вещества, при этом дренируясь быстро и свободно, обеспечивая высокую циркуляцию кислорода в среде выращивания.

Маркер в экспериментах по питанию домашнего скота

Натуральная сушеная, не кальцинированная диатомитовая земля регулярно используется в исследованиях питания сельскохозяйственных животных в качестве источника нерастворимой в кислоте золы (AIA), которая используется в качестве неусвояемого маркера. Измеряя содержание AIA относительно нутриентов в исследуемых рационах и фекалиях или пищеварении, взятых из терминальной подвздошной кишки (последняя треть тонкой кишки), процент переваренного нутриента можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

куда:

N - усвояемость питательных веществ (%)
N f - количество питательных веществ в кале (%)
N F - количество питательных веществ в корме (%)
A f - количество AIA в кале (%)
A F - количество AIA в корме (%)

Многие исследователи отдают предпочтение природной пресноводной диатомитовой земле, а не оксиду хрома, который широко используется для тех же целей, последний является известным канцерогеном и, следовательно, представляет потенциальную опасность для исследовательского персонала.

Строительство

Отработанная диатомитовая земля в процессе пивоварения может быть добавлена ​​в керамическую массу для производства красных кирпичей с более высокой открытой пористостью.

Кизельгур считается очень известным неорганическим неметаллическим материалом, который можно использовать для производства различной керамики, включая производство пористой керамики с помощью низкотемпературной гидротермальной технологии.

Конкретные разновидности

  • Триполит - это разновидность, которую можно найти в Триполи , Ливия.
  • Глина Банн - это разновидность, которую можно найти в долине Нижний Банн в Северной Ирландии.
  • Молер ( Mo-глина ) - это сорт, который встречается на северо-западе Дании, особенно на островах Фур и Морс .
  • Пищевой диатомит, полученный из пресной воды, используется в сельском хозяйстве США для хранения зерна, в качестве кормовой добавки и в качестве инсектицида. Он производится некальцинированным , имеет очень мелкий размер частиц и очень низкое содержание кристаллического кремнезема (<2%).
  • Фильтр для бассейнов / пива / вина, полученный из соленой воды, не подходит для употребления в пищу людьми или не эффективен в качестве инсектицида. Обычно его прокаливают перед продажей для удаления примесей и нежелательных летучих веществ, он состоит из более крупных частиц, чем пресноводный вариант, и имеет высокое содержание кристаллического кремнезема (> 60%).

Микробная деградация

Некоторые виды бактерий в океанах и озерах могут ускорять растворение кремнезема в мертвых и живых диатомовых водорослях; с помощью гидролитических ферментов для расщепления органического материала водорослей.

Климатологическое значение

На климат Земли влияет пыль в атмосфере , поэтому определение основных источников атмосферной пыли важно для климатологии . Недавние исследования показывают, что поверхностные отложения диатомовой земли играют важную роль. Исследования показывают, что значительное количество пыли поступает из депрессии Боделе в Чаде , где штормы выталкивают диатомитовый гравий на дюны , образуя пыль в результате абразии .

Соображения безопасности

Вдыхание кристаллического кремнезема опасно для легких, вызывая силикоз . Аморфный кремнезем считается малотоксичным, но длительное вдыхание вызывает изменения в легких. Кизельгур в основном представляет собой аморфный кремнезем, но содержит некоторое количество кристаллического кремнезема, особенно в форме соленой воды. В исследовании, проведенном с участием рабочих, у тех, кто подвергался воздействию естественной диатомовой земли в течение более пяти лет, не было значительных изменений в легких, в то время как у 40% тех, кто подвергался воздействию кальцинированной формы, развился пневмокониоз . Распространенные на сегодняшний день составы диатомовой земли более безопасны в использовании, поскольку они преимущественно состоят из аморфного кремнезема и содержат мало или совсем не содержат кристаллического кремнезема.

Содержание кристаллического кремнезема в диатомитовой земле регулируется в США Управлением по безопасности и гигиене труда (OSHA), и существуют руководящие принципы Национального института безопасности и гигиены труда, которые устанавливают максимально допустимые количества в продукте (1%) и в воздух вблизи зоны дыхания рабочих с рекомендуемым пределом воздействия 6 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня. OSHA установило допустимый предел воздействия для диатомитовой земли как 20 млн.ч. куб. Фута (80 мг / м 3 /% SiO 2 ). При уровне 3000 мг / м 3 диатомит сразу опасен для жизни и здоровья.

В 1930-х годах было обнаружено, что длительное профессиональное воздействие на рабочих, занятых в производстве кристобалита, кизельгур, которые на протяжении десятилетий подвергались воздействию высоких уровней переносимого по воздуху кристаллического кремнезема, связано с повышенным риском силикоза .

Сегодня рабочие обязаны использовать средства защиты органов дыхания, когда концентрация кремнезема превышает допустимые уровни.

Диатомит, производимый для фильтров для бассейнов, обрабатывается высокой температурой ( кальцинирование ) и флюсом ( кальцинированной содой ), в результате чего ранее безвредный аморфный диоксид кремния принимает кристаллическую форму.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки