Перспективы использования биоактивных свойств кремния и кварца Казахстана

Кремний — один из наиболее распространенных химических элементов на Земле. В составе земной коры он занимает второе место. В виде кремнекислородных тетраэдров он входит в состав силикатов — главных минералов земной коры, занимающих 75 % ее объема. Основным источником кремния является кварц (см. рисунок). По степени кристалличности кварцевое сырье делится на полнокристаллическое, скрытокристаллическое и аморфное [1]. К полнокристаллической ( ювелирной) группе относятся такие разновидности кварца, которые рассматриваются Н. П. Юшкиным [5] как объекты эстетического наслаждения: горный хрусталь (бесцветный), аметист (фиолетовый), цитрин (желтый), розовый кварц , авантюрин (беловатый с сильным зеленым отблеском), прази-олит (луково-зеленый), морион (черный), перунит (синий) — природных аналогов не имеет, раухтопаз (дымчатый кварц). В зонах выветривания крокидолитоносных отложений встречаются также гипергенно-метасоматические разновидности кварца:

«тигровый глаз» — полосчатые желтые и коричневые агрегаты, проросшие выветрелыми волокнами кроки-долит-асбеста и «соколиный глаз» — агрегаты, проросшие неизмененными волокнами крокидолит-асбеста. Кроме того, в жилах альпийского типа часто встречаются так называемые «волосатики» — кристаллы кварца, проросшие волокнами актино-лит-асбеста или биссолита, а в мета-морфитах и метасоматитах — с игольчатыми включениями рутила.

К скрытокристаллическим разновидностям кремниевого сырья относятся халцедоны, а к аморфным — опалы . Источниками кремнезема могут быть также кварциты, яшмы, органогенные и метабиогенные кремнистые образования (диатомиты, радиоляриты, трепела, опоки, новокулиты, маршаллиты, окаменелое дерево, осадочные алювиально-делювиальные природно-диспергированные кварцевые пески и кварцитопесчани-ки). Все они обладают в той или иной мере ценными полезными свойствами и пригодны для производства высокотехнологичных изделий техни ческого, медицинского, био- и экозащитного назначений [4].

Кремнезем в различных его формах использовался человеком еще в каменном веке. Об этом свидетельствуют, в частности, археологические находки при раскопках сакских могильников и стоянок в Предуралье [4] и Казахстане [1] IX—III тыс. лет до н. э.

Следующий этап в истории использования кварца связан с применением его в качестве сырья в стекольной промышленности и флюса в металлургическом производстве. Открытие братьями Пьером и Жаком Кюри в 1880 г. явления пьезоэлектрического эффекта в кристаллах кварца ознаменовало начало третьего этапа использования кремнезема.

В XX столетии интенсивное использование кремнезема в виде кварца, агата, халцедона, горного хрусталя еще более повысило его роль как важного сырья, в том числе и стратегического. В настоящее время кварц находит широкое применение во многих (более 200) областях техники и высоких технологий: в радиотехнике, в ультразвуковой гидроакустике, де-

фектоскопии, в электротехнической и электронной промышленности, в оптической промышленности и др.

Особенно интенсивное развитие получило применение кварца и изделий из него в медицине . Кремний, хотя и внесен в список жизненно важных элементов только в 1972 году, но области его применения из года в год быстро расширяются. Лечебный эффект от использования лекарственных форм кремнезема обусловлен прежде всего важнейшей ролью кремния в жизнедеятельности организма человека и животных, которая выражается в образовании соединительной ткани, хрящей и костей. Уменьшение количества кремнезема в организме приводит к возникновению силикозной остеомаляции (размягчению) костей. Порошки и пудры кварца используются для лечения диабета, астмы, они стимулируют деятельность нервной системы, печени и кишечника. Свободный кремний участвует в образовании белков, коллагена и эластина, содержащихся в костях, хрящах и других видах соединительной ткани. Кроме того, кремний необходим для формирования эластина, способствующего целостности и эластичности кровеносных сосудов, для профилактики и лечения остеопороза, укрепления волос и ногтей. Совмещенные препараты кремния, бора и фтора применяются в лечении переломов и атипической экземы, а также для профилактики остеопороза.

В лечебных целях используются горный хрусталь, халцедон, сердолик, аметист, морион, цитрин, пра-зиолит, розовый кварц, кахолонг и другие цветные разновидности кварца [1]. Их фрагменты, в равных количествах сложенные в сетчатую емкость, опускаются в стеклянный сосуд c дистиллированной водой не менее чем на сутки. За это время вода в сосуде активируется, очищается от микробов и приобретает целебные свойства. Налажено производство активированной воды под названием «Кварц 1».

В пределах Центрального и Западного блоков Русской платформы широко распространены биологически активные кремни халцедонового и опал-халцедонового составов, обогащенные широким спектром биофильных микроэлементов, которые в биосистемах действуют как ка-

Друза кристаллов горного хрусталя.

Месторождение Актас, Казахстан. Фото Г. Д. Аэрова

тализаторы и входят в состав энзимов, играющих важнейшую роль в обмене веществ [3].

По данным М. А. Богдасарова [2] халцедоны Беларуси также применимы для активирования пресной воды, так как содержат в себе компоненты древних организмов (биолиты), присутствие которых придает халцедонам уникальные антимикробные активационные, а воде — целебные свойства. В настоящее время налажен выпуск кремневой воды «Веды» в бутилированном виде.

В ряде месторождений Таласского района Жамбылской области добывается оранжево-красная разновидность халцедона — ювелирный сердолик, обладающий слабой радиоактивностью — в биологически допустимых дозах. Разработан оригинальный метод лечения с его применением — сердоликотерапия, ставшая одним из видов восстановительной терапии. Методика ее довольно простая: кусочки биологически активного сердолика помещаются в серебряную сеточку, которая крепится в выходное отверстие обычного фена для волос, и нагретые струи воздуха, прошедшие через сердолик, направляются на место повреждения или заболевания тела. При этом в организме человека усиливаются окислительновосстановительные реакции, стимулируются биохимические процессы, которые были заторможены различными болезнями. В результате наступает полное выздоровление организма. Сердоликотерапия улучшает состав крови с приведением РОЭ к норме, помогает останавливать кровотечение, устраняет воспалительные процессы, отеки, ускоряет очистку ран, стимулирует регенерацию тканей организма, успокаивает нервы, улучшает сон, повышает аппетит, снимает физическую и умственную усталость.

Кварц широко применяется также и для производства изделий и материалов медицинского назначения . Достаточно сказать, что в настоящее время 95 % всех высокотехнологичных материалов для медицины изготавливаются из кварца или извлеченного из него кремния, например: генераторы кварцевых инфракрасных ламп накаливания и кварцевые ультрафиолетовые излучатели, оптические приборы самого различного назначения, водородные, бактерицидные и эритемные лампы и другие устройства.

Наночастицы кремния весьма эффективно используются для адресной доставки препаратов к местам (точкам) заболевания при лечении так называемых стойких, в том числе раковых заболеваний. Так называемые «золотые наночастицы» — маленькие частицы кремния, покрытые

золотом, введенные в раковую опухоль при воздействии на них лазерного или микроволнового излучения могут находить и уничтожать раковые клетки [3]. По данным НИИ химии и элементоорганических соединений РФ на основе наночастиц диоксида кремния созданы силиконовые биосовместимые материалы , которые применяются в хирургии в качестве эндопротезов, имплантатов и тампонажных составов, используются в качестве зубных протезов, для пломбирования зубов, при лечении тяжелых форм отслоения сетчатки глаза.

Кроме того, конструкционные и декоративные материалы на основе природно-диспергированного кварца используются для строительства медпунктов и ветлечебниц, а кремний — для автономного обеспечения электроэнергией учреждений медицинских и ветеринарных служб в инфраструктурах отдаленных регионов.

Ресурсы высококремнеземистого кварцевого и кварцитового сырья в Казахстане огромны, по ним он занимает одно из первых мест в мире. К настоящему времени на территории республики выявлено более 500 месторождений и проявлений кварцевого сырья различного генетического типа, но не все они оценены и разведаны. Общие запасы детально разведанных объектов составляют: плуто-ногенно-метаморфогенных и жильных — 650 млн т, метасоматических (кварцитов — семь массивов) — 265 млн т, осадочных (кварцитопес-чаников и природно-диспергированных кварцевых песков) — более 10 млрд т.

Основные скопления гранулированного кварца сосредоточены в кварцевых пегматитах — силекситах и кварцелитах, которые образовались в процессах ликвации силикатного расплава на магматическом этапе формирования гранитных плутонов. Мономинеральные гидротермальные кварцевые жилы образуют группу полей с их высокой концентрацией или расположены изолированными жильными зонами с крупными запасами метаморфизованного кварца. В пределах Кокшетауского и Улытау-ского срединных массивов кварцевожильные поля гранулированного кварца приурочены к зонам смятия с насыщением на отдельных участках от 10 до 50 жильных тел. В Тарбага-тайском регионе Восточного Казахстана среди гранитов Акжайлауско-го массива выявлено 2500 хрусталеносных пегматитовых тел с крупными кварцевыми ядрами, а в Каибском гранитном плутоне и районе его размещения обнаружено более 1000 кварцелитовых тел в виде даек и крупных жил и несколько надинтрузивных кварцелитовых залежей в виде сопок, сложенных полупрозрачным мономинеральным кварцем, не содержащим примесей рудных минералов и газово-жидких включений, поэтому названным Н. П. Ермаковым «сухим кварцем». Их геологические запасы исчисляются миллиардами тонн, однако разновидности кварца в этих объектах с позиции пригодности для той или иной отрасли промышленности, в том числе для использования в качестве сырьевой базы для получения «солнечного кремния» и серии изделий медицинского назначения, практически пока не изучены и ждут своей очереди.

В связи с этим для бесперебойного обеспечения сырьем кремне-земпотребляющих высокотехнологичных отраслей промышленности республики необходимо провести комплексное геолого-минералогическое, технолого-минералогическое и минералого-геохимическое изучение всех генетических типов месторождений кварца Казахстана с целью разбраковки их по степени перспективности на особо чистые сорта кварца, пригодного для производства изделий медицинского, биоэкозащит-ного назначения, и элитного кремния для производства солнечных батарей — фотоэлектрических станций (ФЭС) автономного снабжения электроэнергией медпунктов и ветлечебниц инфраструктур отдаленных регионов. Для решения этой важной проблемы следует использовать опыт и передовые технологии российских ученых, а также сотрудничество с ними на основе имеющихся Соглашений между Правительством Республики Казахстан и Правительством Российской Федерации о совместной реализации научно-технических программ и проектов в области науки и технологии.

Для комплексного изучения геологии, технологии, рационального освоения месторождений кварцево го сырья республики, разработки ресурсосберегающей, экологически чистой технологии получения особо чистого и гиперчистого кварца, научно-экспериментальных основ прямого извлечения элитного кремния из выделенных кварцевых концентратов с использованием достижений отечественных ученых и опыта специалистов из развитых стран, для организации опытно-промышленного производства кремниевых пластин и солнечных элементов для ФЭС и испытания их в изделиях необходимо создавать и развивать собственные специализированные предприятия типа НПЦ «Казахкварц» с привлечением иностранных инвесторов и соисполнителей из соседних стран с развитой индустрией высокотехнологичных материалов, в том числе в области использования кварца, кремния и солнечной энергетики в медицине и ветеринарии.