Sorbenty krzemionkowe – rynek polski

Surowce krzemionkowe od wieków towarzyszyły człowiekowi i były wykorzystywane w życiu codziennym. Stosowano je głównie jako elementy ścierne i ostrza narzędzi, niektóre odmiany ceniono jako kamienie jubilerskie. Wraz z rozwojem techniki potrzebne były nowe materiały o różnych cennych właściwościach, m.in. sorpcyjnych, i tu znowu wszędobylska krzemionka znalazła zastosowanie. To właśnie z surowców diatomitowych Alfred Nobel uzyskał potrzebny do produkcji dynamitu adsorbent nitrogliceryny. Ciemniejszą stroną historycznego wykorzystania ziemi okrzemkowej było zastosowanie jej jako nośnika cyjanowodoru w Cyklonie B – produkowanym początkowo jako środek do zwalczania wszy i innych insektów a podczas II wojny światowej wykorzystywany do eksterminacji ludności w niemieckich obozach koncentracyjnych.

Skały krzemionkowe obecnie cenione są głównie ze względu na swoje właściwości sorpcyjne. Ich podstawowym składnikiem jest opal – bezpostaciowa krzemionka. Są to skały o małej gęstości przestrzennej, a dużej porowatości i nasiąkliwości, które pozwalają na doskonałe chłonięcie różnych substancji, zwłaszcza ciekłych zanieczyszczeń ropopochodnych. Tę grupę stanowią w zasadzie dwa genetyczne rodzaje skał: do pierwszego zaliczane są diatomity i ziemia okrzemkowa drugi rodzaj to ziemia krzemionkowa.

Pierwsza grupa to skały zbudowane głównie ze szkieletów okrzemek (glonów) żyjących w morzach na północ od wypiętrzających się Karpat, między późnym oligocenem a wczesnym miocenem. Ze względu na genezę i skład kopalina może przybierać różną postać. Należące do tej grupy diatomity to zwięzłe skały, natomiast ziemia okrzemkowa jest luźnym osadem i zwykle zawiera nieco mniej krzemionki, a więcej zanieczyszczeń. W zależności od odmiany (z okrzemek morskich czy słodkowodnych, jaki rodzaj zanieczyszczeń) stosuje się też inne nazwy handlowe ziemi okrzemkowej: kieselguhr, trypla, trypoli i inne, natomiast odmiana diatomitu o zawartości iłu do 25% nazywana jest moler. Dotychczas udokumentowano w Polsce 4 złoża diatomitów, ze względu na słabą jakość surowca (zawartość krzemionki rzadko przekracza 75%) nazywane są skałą lub kopaliną diatomitową, natomiast ziemia okrzemkowa nie występuje w Polsce w nagromadzeniach wystarczających by je potraktować jako złoże.

Czym innym jest natomiast ziemia krzemionkowa zwana także opoką lekką. Jest to produkt wietrzenia chemicznego opok i gez – skał wapienno-krzemionkowych zbudowanych z pozostałości rozmaitej fauny morskiej żyjącej od późnej Kredy do wczesnego Trzeciorzędu – m.in. igieł gąbek, otwornic, okrzemek etc. W wyniku procesu odwapnienia powstała lekka porowata skała o szkielecie opalowym, czasem z ziarnami kwarcu – fizycznie przypominająca diatomit, ale z większą ilością domieszek minerałów ilastych i innych. Do zastosowania w przemyśle wymaga zatem różnych procesów obróbki. Ziemia krzemionkowa występuje w Polsce w utworach Kredy i Paleogenu na Wyżynie Lubelskiej oraz w północno-wschodnim i południowo-zachodnim obrzeżeniu Gór Świętokrzyskich.

Ze względu na małe zasoby Polska jest raczej małym producentem sorbentów krzemionkowych. Od lat jedynym producentem surowców diatomitowych w kraju jest Specjalistyczne Przedsiębiorstwo Górnicze “Górtech” Kraków, wykorzystujące złoże diatomitu Jawornik. Firma dostarcza surowiec w postaci granulatu (stosowany jako sorbent) oraz pyłów (do produkcji materiałów izolacyjnych). Wydobycie z drugiego złoża – Leszczawka – a także wydobycie ziemi krzemionkowej zostało zaniechane w latach 90. XX i na początku XXI wieku.

W związku z niedostatkiem surowców diatomitowych na rynku polskim od lat bujnie rozwija się import tych substancji, tradycyjnie z USA oraz Danii, a także w coraz większym stopniu z Niemiec i Meksyku. Większość surowców tego rodzaju na polskim rynku znajduje zastosowanie w procesach filtracji i oczyszczania w przemyśle chemicznym i spożywczym (np. filtracja piwa). Surowce diatomitowi wykorzystywane są również do produkcji materiałów izolacyjnych i dźwiękochłonnych. Dość często spotykanym zastosowaniem granulatu jest wykorzystanie go jako sorbentu substancji ropopochodnych przy różnego rodzaju wyciekach awaryjnych (na stacjach benzynowych, pasach startowych lotnisk, podłogach fabryk i w przypadku powstawania rozlewisk na wodzie), a także w rolnictwie jako nośnik pestycydów i w zoologii jako ściółka dla zwierząt domowych.

Wciąż dość niski popyt na surowce diatomitowe w Polsce wynika z niskiego stopnia upowszechnienia wiedzy o ich potencjale. Nieco lepiej wykorzystywane są możliwości tych materiałów za granicą, ale ostatnie lata kryzysu gospodarczego i wszędobylskich oszczędności wpłynęły na obniżenie produkcji. A właśnie ich potencjał jako absorbentów wydaje się być największy i najciekawszy.

Ciekawą, lecz wciąż mało wykorzystywaną funkcją może być oczyszczanie ścieków przemysłowych (porafineryjnych, pogarbarskich i przetwórstwa tłuszczów zwierzęcych) z różnego rodzaju olejów. Co ciekawe, jak wskazują badania, w przypadku niektórych substancji zastosowanie diatomitów powinno przynieść lepsze rezultaty niż konkurencyjnego bentonitu, który obecnie zdecydowanie wygrywa na rynku sorbentów. Diatomity to też dobry adsorbent związków amonowych, co może być wykorzystane np. do oczyszczania ścieków w wylęgarniach ryb, do obniżania stężenia amoniaku w chlewniach, cielętnikach, farmach drobiu czy hodowli innych zwierząt domowych. Diatomity mogłyby również znaleźć zastosowanie jako wypełniacze w przemyśle gumowym (m.in. ze względu na sorpcję wody), w produkcji farb i lakierów, a także w przemyśle papierniczym.

Interesującym i dość nowatorskim w Polsce pomysłem jest zastosowanie ziemi okrzemkowej jako pochłaniacza pasożytów z organizmu, zarówno u zwierząt, jak i u ludzi. Jak tłumaczy na swoich stronach producent – amerykańska firma PermaGuard Inc. – “ujemnie naładowane pancerzyki okrzemek, przyciągają dodatnio naładowane bakterie, grzyby, pleśń, pierwotniaki, wirusy, endotoksyny, pestycydy oraz pozostałości po lekach, bakterie E-Coli i ciężkie metale z układu pokarmowego, wiążąc je w cylindrycznej strukturze pancerzyków, dzięki czemu toksyny są łatwo wydalane”. Firma oferuje również ziemię okrzemkową w postaci proszkowej, do stosowania domowego – jako pestycydy i insektycydy do zwalczania np. pcheł, pluskiew etc. w pomieszczeniach i w sierści zwierząt domowych (np. psów). Działanie preparatu opiera się na zasadzie absorpcji tłuszczy z wierzchniej części pancerzyków stawonogów, co w konsekwencji prowadzi do dehydratacji całego organizmu.

Ziemia okrzemkowa stosowana jest też w kosmetyce, zarówno jako materiał złuszczający w peelingach czy paście do zębów, jak i przy leczeniu trądziku – ze względu na właściwości absorpcyjne.

Choć ziemia krzemionkowa różni się genezą od diatomitów, służy zazwyczaj podobnym celom, głównie rafinacji olejów mineralnych i parafiny, w przemyśle mydlarskim do odbarwiania tłuszczów zwierzęcych, w przemyśle cukrowniczym do oczyszczania roztworów cukru, a ziemie dobrej jakości – także w przemyśle olejarskim do bielenia olejów roślinnych. Odpowiednio zmodyfikowane znajdują zastosowanie także do klarowania win i piwa oraz oczyszczania różnych substancji w przemyśle farmaceutycznym.

Doskonałe właściwości sorpcyjne mają też i drugie, mniej korzystne oblicze. Niestety w większości, zużyte sorbenty krzemionkowe stanowią uciążliwy odpad często składowany na składowiskach rafineryjnych. Ze względu na swą zmienioną przez wykonane zabiegi absorpcji formę – do substancji smolistych, żywicznych, kwaśnych, o charakterze nienasyconym i polarnym – stają się substancjami silnie reaktywnymi. Składowane zużyte sorbenty krzemionkowe powodują skażenie gleby, wód i atmosfery, a także stwarzają zagrożenie pożarowe przez duże zawartości zaadsorbowanych produktów naftowych.

Zużyte absorbenty, a zwłaszcza ziemia krzemionkowa, mogą być przerabiane w kierunku odzyskania cennych produktów naftowych lub też po prostu regeneracji i ponownego użytkowania jako sorbent. Można też, przy pomocy sulfuryzacji (usiarczenia) lub spalania specjalną metodą, uzyskać z nich adsorbent mineralno-węglowy. Próbowano także utylizować je, wykorzystując np. jako wypełniacze przy produkcji nawierzchni asfaltowych.

źródła:

Bilans Gospodarki Surowcami Mineralnymi Polski i Świata 2009, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Kraków 2011

Bilans Perspektywicznych Zasobów Kopalin Polski wg stanu na 31 XII 2009, Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa 2011

Bilans Zasobów Złóż Kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII 2012, Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa 2013

Joanna Kiełczewska
20-08-2013