XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«Уральское Бали»: исследование каолина и его применения в различных областях жизнедеятельности

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гафаров А.Р. 1

---

1МБОУ "Лицей № 11 г. Челябинска"

Ткачук Л.Г. 1

---

1МБОУ "Лицей № 11 г. Челябинска"

Работа в формате PDF

5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Когда мы слышим слово «Бали» сразу же представляем себе, Индонезийские песчаные пляжи с белым песком, а рядом постилающуюся прозрачную, чистую, лазурную воду, с множеством красивых подводных обитателей.

Но в данной работе речь пойдет не про курортный остров, а про промышленный объект, который туристы прозвали – «Уральское Бали», находящийся в Челябинской области, близ города Кыштым, недалеко от поселка, получившего созвучное название «Каолиновый».

Такое прозвище этому месту туристы дали не случайно, если мы сравним Индонезийское Бали и наше Уральское, то разницы кроме месторасположения не заметим, так как у них схожий цвет и чистота воды, а пляжи такие же белые (рис. 1).

Рис. 1 – сравнение «Индонезийского Бали» и «Уральского Бали»

Но только особенностью «Уральского Бали» является то, что это промышленный объект, возникший на месте Каолинового карьера, в котором до сих пор ведутся работы по добыче каолина.

Каолин - глина белого цвета. Горная порода, состоящая из минерала каолинита. Она образуется при разрушении гранитов, гнейсов и других горных пород, содержащих полевые шпаты.

Ввиду этого, мы считаем, что актуальность исследования каолинового карьера и содержащегося в нём каолина может быть обусловлена следующими факторами:

1. Промышленное значение: Каолин является важным сырьём для многих отраслей промышленности, таких как производство керамики, бумаги, резины, красок и других материалов. Соответственно, исследование каолиновых карьеров позволяет определить запасы этого сырья, его качество и перспективы добычи. Кроме того, в рамках сложившейся в России ситуации, связанной с импортом товаров в Россию, нам необходимо наращивать свои экономические и производственные мощности.

2. Экологические аспекты: Разработка каолиновых месторождений может оказывать влияние на окружающую среду. Исследование включает в себя оценку воздействия добычи каолина на экологию региона, а также разработку мер по минимизации негативных последствий.

3. Технологические инновации: Развитие технологий добычи и переработки каолина может привести к повышению эффективности производства и снижению затрат. Исследование позволяет оценить потенциал внедрения новых методов и оборудования.

4. Экономическая значимость: Добыча каолина является важной составляющей экономики региона. Исследование помогает определить экономическую эффективность разработки каолиновых месторождений, а также перспективы развития отрасли.

5. Научные исследования: Изучение свойств каолина и его применения в различных отраслях науки и техники представляет научный интерес. Результаты исследований могут способствовать разработке новых материалов и технологий.

6. Стратегическое планирование: Результаты исследования могут быть использованы для стратегического планирования развития региона, включая развитие инфраструктуры, создание новых рабочих мест и улучшение качества жизни населения.

7. Международное сотрудничество: Исследование каолиновых месторождений имеет международное значение, так как каолин используется в производстве товаров, экспортируемых во многие страны мира. Результаты исследования могут способствовать укреплению международных связей и развитию экспорта.

В целом, актуальность исследования каолиновых карьеров и содержащегося в них каолина обусловлена необходимостью обеспечения устойчивого развития региона, повышения экономической эффективности и сохранения окружающей среды.

Таким образом, целью настоящей работы является изучение особенностей каолинового карьера, оценка качества и количества, содержащегося в нём каолина, а также изучение применения каолина в жизнедеятельности человека.

Для решения этой цели необходимо поставить следующие задачи исследования:

1. Изучить историю появления Каолинового карьера в г. Кыштым на территории Челябинской области.

2. Дать характеристику Каолинового месторождения в г. Кыштым.

3. Определить химические свойства каолина.

4. Ознакомиться с применением каолина в различных сферах жизнедеятельности человека.

5. Посетить ООО «Кыштымский каолин».

6. Исследовать свойства каолина и применение его в домашних условиях.

Объект исследования: каолин.

Предмет исследования: физико-химические свойства и область применения каолина на примере Кыштымского месторождения.

Методы исследования:

- изучение литературы и обобщение

- экспериментальный.

Гипотеза: каолин обладает особыми свойствами, которым можно найти полезное применение.

Автор работы надеется, что его изыскания и практический опыт на примере Кыштымского карьера, покажут насколько важна добыча каолина в различных областях жизнедеятельности человека.

I ГЛАВА. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

§ 1. История появления Каолинового карьера (Уральского Бали)

На территории Челябинской области известно порядка 450 месторождений полезных ископаемых, добывается около 50 видов минерального сырья. Только в окрестностях Кыштыма, в первую очередь производятся работы по добыче: каолина, графита и кварца [8].

После распада СССР, Россия осталась только с тем каолином, что добывается на Урале, а именно из Кыштымского месторождения.

Эксплуатация Кыштымского месторождения началась с 1910 г. Челябинские каолины не идут для производства высококачественного фарфора, однако спрос на них велик. И это не только раковины и унитазы. Кыштымский каолин используется также в производстве проппантов – крупных гранул, позволяющих более полно извлекать нефть из земных недр [8].

В книге М.С. Фонотова «В поисках Рифея» упоминается то, что Уральской глиной ещё и лечатся [10].

К нашему большому сожалению, на сегодняшний день, нет научных исследований, которые бы касались истории происхождения данного месторождения, благодаря чему мы бы хотели продолжить изучение данного вопроса.

Благодаря официальному сайту ООО «Кыштымский каолин» мы проанализировали историю происхождения Кыштымского каолинового месторождения [5].

Свое начало история по разработке и появлению карьера берет еще в далеком 1910 году. В период с 1910 по 1920 каолин добывали кустарным способом, т.е. путем, когда шахтёр своими силами, вручную работает самостоятельно, не имея официального статуса в горнодобывающей компании. На рисунке 2 (рис. 2), можно ознакомиться с картой нахождения и расположения Каолинового карьера в период с 1910 по 1920 года.

Рис. 2 – карта расположения Каолинового месторождение (1910 год)

В период с 1920 по 1945 гг. компанией «Русские Самоцветы» идет активная разработка карьера (рис. 3) в северной части месторождения (ныне затопленный карьер, поучавший название «Уральское Бали») для промышленных целей, с месячной добычей до 1 500 тонн огнеупорной глины. Найденный каолин шел исключительно на кирпичные фабрики, где потребителями были Уральские металлургические заводы. В 1920-е годы каолин еще не вывозили за пределы Уральских гор, так как это было дорого из-за железнодорожного трафика. Первая геологическая разведка крупного каолинового месторождения была проведена в 1929 году. В этот период производилось в целом большое количество исследований земных недр Урала. Искали все, от металлов до каолина и наждаков.

Рис. 3 – работники Каолинового комбината и начало разработки карьера

Основные же крупные каолиновые карьеры начали вырабатываться уже в военные годы — начиная с 1941 года. А в 1942 были заложены основы для предприятия, которое в будущем станет известно, как ООО «Кыштымский каолин».

В 1944 году строительство закончилось, и были введены в эксплуатацию каолиновый рудник-карьер и завод мокрого обогащения.

До 1953 года существовало 2 отдельных предприятия: Кыштымский каолиновый комбинат и Кыштымская графитовая фабрика. В 1953 произошло объединение этих предприятий в одно — Кыштымский графитокаолиновый комбинат. И до 1998 года эти предприятия работали совместно.

К 1958 году в цехах появилось много нового, передового оборудования. Благодаря этому повысилась производительность труда и улучшилось качество продукции.

С 1 октября 1997 года комбинат преобразовался в ЗАО Кыштымский каолиново-керамический комбинат «Ксанта».

Но в 2011 году Северный карьер («Уральское Бали») был затоплен, когда неизвестные срезали провода, к которым подключался насос, и откачка воды прекратилась. В 2012 году владельцы карьера заявляли, что собираются его осушить и продолжить разработку месторождения: для этого они загораживали проезд к карьеру. На сегодняшний день, работы на Карьере продолжаются, обществом с ограниченной ответственностью «Кыштымский каолин» - единственная фабрика мокрого обогащения каолина. В работе используем современное оборудование от известных производителей, парк которого постоянно обновляется (рис. 4).

Рис. 4 – производство на ООО «Кыштымский каолин»

Новая история для карьера началась в 2015 году.

После 6 месяцев восстановительных работ, с сентября 2015 года предприятие возобновило производство обогащенного каолина и работает по сей день.

§ 2. Характеристика месторождения Кыштымского каолина

Производственная площадь месторождения составляет примерено – 10 000 кв. м. (рис. 5). Производственная мощность карьера по товарной продукции — 77 000 тонн каолина-сырца в год [5].

Рис. 5 – Кыштымское месторождение («Уральское Бали»)

Глубина Северного карьера — примерно семь метров. Стоит отметить, что ни рыба, ни другая фауна здесь не водится по причине высокой концентрации минералов и глины, ввиду чего им просто не выжить в таких условиях [4].  Такой насыщенный голубой цвет воды обуславливается примесью алюминия, прозрачность воды за счет быстрого отстаивания мути и белоснежным дном (рис. 6).

Рис 6. – цвет воды в затопленом карьере

Кроме того, купание в карьере не запрещено, но и не рекомендовано. Пускай вода выглядит чистой, красивой и тянет искупаться в ней, но её химический состав довольно вредный, так как изначально это промышленный объект и в нем большое содержание Каолина, опасные соединения могут попасть в организм через кожу, слизистые оболочки и пищеварительный тракт.  Также неподалёку от карьера находятся бывший скотомогильник и свалка, что не способствует экологической чистоте района, и все просачивается в подземные воды и может попадать в карьер. Дно и берега карьера очень мягкие — купающихся может засосать [6].

Также хочется отметить, что само месторождение, на данный момент, состоит из нескольких карьеров, так как разработки велись небольшими карьерами с выбиранием отдельных глиняных скоплений – Северное, Центральное, Южное [4].

Месторождение делится следующим образом:

1. Центральный карьер, который был вырыт и введен в работу в 1941 году. На сегодняшний день, данный карьер сильно зарос и больше похож на болото.

2. Южный карьер разработан в 1957 году, на данный момент превращен в свалку.

3. Северный карьер, начавший свою работу в 1925 году (ныне затопленный, которые получил название «Уральское Бали»).

На сегодняшний день, месторождение расширяется и появляется больше новых карьеров.

Глина имеет светло-серый цвет, который обуславливается небольшим наличием примеси органических веществ, которые при прокаливании удаляются, и глина приобретает прекрасный белый цвет.

До сих пор, Кыштымское месторождение является одним из лучших уральских месторождений каолинов по своей чистоте и большому содержанию окиси алюминия. Несмотря на значительное количество красящих оксидов (в среднем 0,86%), кыштымские каолины широко применяются в химической промышленности, главным образом, в производстве хлористого алюминия, а также пригодны для самых ответственных изделий — электротехнического фарфора и фаянса [4]. В сыром виде каолины используют в огнеупорном производстве.

§ 3. Химический состав Кыштымского каолина

Так как данная достопримечательность Урала, богата Каолином, и мы ни раз его упоминали, стоит обратить внимание на химический состав.

Химический состав - это совокупность компонентов, из которых состоит вещество (или смесь веществ).

Каолин (оно же белая глина) – осадочная горная порода, в основном состоящая из единственного минерала каолинита. Образуется каолин при выветривании гнейсов, гранитов и других горных пород, в составе которых полевые шпаты (это первичные каолины). В результате перемыва первичных каолинов происходит их переотложение (в виде осадочных пород), таким образом и форм [7].

Термин каолин (по-китайски 高嶺土) происходит от китайского топонима «Гаолин» (по-китайски 高嶺, что звучит как «gāo lǐng» и переводится как «высокие горы») – так именуются горы в юго-восточной провинции Китая Цзянси, где и была впервые обнаружена эта порода [3].

Общая химическая формула: Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O

Химический состав: (SiO2 — 49%, Al2O3 — 38%, Fe2O3 — 0,08%, TiO2 — 0,88%, CaO — 0,85%, MgO — 0,10%, Na2O — 0,08%, K2O — 0,28%, в состав белой глины в микродозах входят цинк, литий, медь, двухвалентное железо и др. элементы).

• Диоксид кремния (SiO2) — это синтетическое вещество, которое получают путём нагревания кремния до +500 °С. Представляет собой бесцветные твёрдые кристаллы.

• Оксид алюминия (глинозём Al2O3) -белое тугоплавкое вещество,составляющая части глин, в состав которого входят смеси оксидов алюминия, калия, натрия, магния и т. д.

• Оксид железа (Fe2O3) – кристаллы черного цвета, являющиеся вредными примесями, ухудшающими качество каолинов. Соединения железа снижают огнеупорность, белизну и электросопротивление получаемых материалов

• Оксид титана (TiO2)- это стабильное (самый стабильное из всех известных белых пигментов), нелетучее, нерастворимое в кислотах, щелочах и растворах при нормальных условиях вещество. 

• Оксид кальция (CaO) - широко известный негашеная известь, является широко используемым химическим соединением. Оксид кальция представляет собой белое, едкое, щелочное кристаллическое твердое вещество 

• Оксид Магния (MgO) – химическое соединение с формулой, белые кристаллы, нерастворимые в воде, пожаро- и взрывобезопасен. В медицине используется в качестве антацида и источника магния.

• Оксид калия (K2O) —неорганическое бледно-жёлтое, иногда бесцветное вещество, имеющее химическую формулу .. Содержится в некоторых видах удобрений и цемента. Химически активное вещество. На воздухе расплывается, поглощает СО2, образуя карбонат калия: Бурно реагирует с водой, образуя гидроксид калия: Реагирует со спиртом, с эфиром.

Месторождение	Содержание оксидов, %
	SiO2	Al2O3 + TiO2	Fe2O3	CaO	MgO	щелочи
Кыштымское Сырец Обогащенный	69,0-73,5 46,0-49,6	18,62-21,77 36,1-38,5	0,4-1,1 0,5-1,03	0,24-0,65 0,1-0,58	0,2-1,5 0,2-0,76	Сл-1,11 0,39-0,6

Основным компонентом химического состава является каолинит ― минерал из группы водных алюмосиликатов. Благодаря ему каолин светлоокрашенный, по большей части белого цвета, бывает с легким желтоватым, голубоватым или зеленоватым оттенком ― это зависит от наличия и количества примесей: меди, цинка, железа и других [7].

По минеральному составу кыштымский каолин-сырец представляет собой сильно песчанистую каолинитовую массу светло-желтого цвета, состоящую в основном из каолинита, кварца, мусковита и гидроксидов железа [1].

В малом количестве в каолине также присутствуют: тремолит (породообразующий минерал), биотит (минерал, содержащий в себе калий, алюминий, магний и железо), хлорит, гранат, карбонаты, турмалин, корунд и рутил. Кварц встречается как в виде кусков гальки (3-5 см), так и в виде мелких зерен размером от 2-3 мм до 10-15 мм.

Качество кыштымских каолинов на различных участках месторождения неоднородно. Однако переход производства на гидроциклонное обогащение (заключается в использовании центробежных сил для разделения твердых частиц от жидкости) позволил значительно повысить качество каолина. Содержание механических примесей в кыштымском каолине колеблется в пределах 1-3%, содержание свободного кварца в некоторых партиях каолина достигает 4,7% [1].

Каолин, мягкий, что является важным компонентом в производстве керамики и фарфора и широко используется в производстве бумаги, резины, краски, и многие другие продукты. При смешивании каолина с водой в количестве от 20 до 35% он становится пластичным (т. е. его можно формовать под давлением), и форма сохраняется после снятия давления [3]. 

§ 4. Применение каолина в сферах жизнедеятельности

В виду своих универсальных свойств каолин применяют во многих сферах жизнедеятельности, в данном параграфе мы детально разберем каждую из них.

1. Керамическая промышленность. Для фарфоровых и фаянсовых изделий в качестве основного компонента используется каолин, а в качестве связующего – беложгущиеся разности пластичных огнеупорных глин. К каолинам предъявляются высокие требования. В промышленности используется главным образом обогащенный каолин, однако ряд предприятий используют в производстве и каолин-сырец. Каолин удобен в керамической промышленности ввиду своей пластичности и огнеупорности.

Для изготовления твёрдого фарфора обычно применяют около 50% каолина, 25% полевого шпата и 25% кварца. При обжиге каолин сначала отдает воду, затем он разлагается на Al2O3 и SiO2, которые растворяют в стеклообразно размягчённом полевом шпате [9].

При дальнейшем повышении температуры полевой шпат растворяет в возрастающих количествах крупнокристаллического кварца. По мере того, как полевой шпат обогащается двуокисью кремния, из него осаждается муллит, т.к. с увеличением содержания SiO2 (диоксид кремния) растворяющая способность полевого шпата по отношению к муллиту понижается. Поэтому готовый фарфор состоит из стекловидной основной массы, которая пронизана тесно сплетенными между собой иглами муллита и оставшимися нерастворёнными зернышками кварца (и крохотными пузырьками воздуха) [9].

Как правило, обжиг производят дважды. После первого обжига, так называемого «сырого обжига», идущего приблизительно при 900 градусах по Цельсию, на фарфор наносят прозрачную глазурь: полученные после сырого обжига ещё пористые черепки быстро погружают в глазурную массу - водную суспензию каолина, глины, полевого шпата и мрамора. При нагревании из неё образуется тугоплавкое стекло. Последующим высушиванием (около 1450 градусов по Цельсию) производят окончательный обжиг [9].

Фаянс — керамические изделия (облицовочные плитки, архитектурные детали, посуда, умывальники, унитазы и др.), имеющие плотный мелкопористый черепок (обычно белый).Он, как и фарфор, белого или почти белого цвета, однако он мягче, так что сталь оставляет на нём царапины; он легче ломается, порист, поэтому в большинстве случаев его необходимо покрывать глазурью. Фаянс получают из смеси каолина, кварца, щелочи и сурика, иногда добавляют ещё окрашивающие окисды. Фаянс обжигают дважды: сначала без глазури при 1200-1300 градусах (сырой обжиг), а затем несколько слабее с глазурь (окончательный обжиг). Некоторые сорта фаянса часто окрашивают титановой кислотой в бледно-кремовый цвет (умывальники). Примерами неглазурованного фаянса служат глиняные сосуды, глиняные трубка и т.п. Фаянс имеет грязновато-серый пористый излом. Поэтому его покрывают глазурью, которая благодаря прибавлению двуокиси олова имеет белый цвет и непрозрачна.

Также из каолина применяется при создании обычных гончарных изделий, например, горшки для цветов, глиняная посуда, также имеют пористый излом.

Кирпич. Обожженный кирпич формуют из каолина и затем подвергают обжигу. Кирпич обладает большой пористостью, т.к. обжиг ведут при относительно низкой температуре. Сильно обожженный, плотный и очень крепкий кирпич называют клинкером.

2. Бумажная промышленность. Чаще всего каолин применяют при создании мелованной бумаги — высококачественная бумага, используемая для производства глянцевых журналов, презентационных каталогов, буклетов и других материалов. Сегодня мелованная бумага составляет подавляющую часть потребляемых типографиями материалов для печати.

Придание поверхности бумаги гладкости и хороших печатных свойств зависит не только от качества и способов покрытия и вида связующего, но и от вида и степени дисперсности применяемого пигмента.Каолин является основным пигментом, используемым в бумажной промышленности. Это связано с его большими природными запасами, относительно невысокой стоимостью, высокими потребительскими свойствами.

Изготовители мелованной бумаги всегда стремились получить высокодисперсный каолин для обеспечения трех важных оптических характеристик: белизны, лоска, непрозрачности. 

Из всех пигментов, применяемых в бумажной промышленности, каолин является наиболее легко диспергируемым пигментом (что означает тонкость помола, влияющая на укрываемость и красящую способность пигмента).

3. Косметология. Белая глина или каолин – натуральный компонент, который способен брать с поверхности кожи избыток себума и другие загрязнения. Адсорбирующее действие глины особенно полезно для обладателей жирной и комбинированной кожи лица, которые часто сталкиваются с появлением прыщей, акне и следов несовершенств.

Кроме того, применение глины для лица позволяет восполнить дефицит микроэлементов и укрепить защитные свойства кожи.

Такая глина достаточно универсальна, в отличие от других видов, что позволяет включать ее в состав различных типов косметики.

Каолин присутствует в составе различных масок – матирующих, себорегулирующих, отбеливающих, подтягивающих и т.д. Глиняные маски могут наноситься не только на лицо, но и на тело – они улучшают кровообращение, подтягивают и тонизируют кожу.

Каолин может использоваться и в составе косметики для волос. Маски для волос с глиной обычно предназначены для ухода за жирной кожей головы при склонности к появлению перхоти.

Свойства каолина в составе косметики [2]:

• Мягкое и деликатное отшелушивающее действие. Белая глина убирает ороговевший слой клеток, но при этом не повреждает кожные покровы, не вызывает микроповреждения. Но это может произойти, если позволить маске из каолина высохнуть на коже, поэтому допускать такого нельзя (как правило, производители косметики акцентируют на этом внимание).

• Бережное очищение. При регулярном использовании средств с каолином поры становятся более чистыми и постепенно сужаются.

• Адсорбция себума. Глина хорошо впитывает кожное сало, а также загрязнения, которые скопились на поверхности кожи. После ее использования появляется ощущение свежести и легкости, кожа становится матовой.

• Эффективная борьба с воспалениями. Косметика с глиной уменьшает покраснения и подсушивает прыщи. Если в составе есть другие противовоспалительные компоненты, то выраженный эффект будет уже после первого применения.

• Улучшение цвета лица. Каолин выравнивает оттенок кожи, делает его более однородным и светлым. Он обеспечивает легкое отбеливание.

• Стимуляция выработки коллагена. Именно это вещество отвечает за эластичность, упругость кожи, сохранение ее молодости.

• Насыщение кожи полезными минералами. Они улучшают общие показатели тканей — например, делают их устойчивее к окружающей среде. В составе каолина содержатся магний, калий, цинк и другие необходимые вещества.

• Повышение способности клеток к регенерации. Благодаря этому кожные покровы быстрее и эффективнее восстанавливаются, борются со стрессом.

• Улучшение микроциркуляции крови. Эти и предыдущие свойства позволяют использовать каолин в качестве средства для обертывания. Он выравнивает кожу, делает ее более эластичной и упругой, а также заметно уменьшает проявления целлюлита.

Всего один компонент решает такое количество важных задач — неудивительно, что каолин используется разными производителями косметических средств. Это универсальный ингредиент, который давно доказал свою эффективность.

На сегодняшний день каолин входит в состав таких именитых брендов: «Aravia», «Garnier»; «Vichy», «Loreal-Paris»; «Naturl Siberiсa» и многих других.

4. Медицина. Главным врачебным свойством глины считается ее абсорбирующая способность, поэтому применение глины способствует очищению организма от токсинов, шлаков и тяжелых металлов. Кроме того, она убивает многие бактерии, поглощает в себя запахи и газы и при этом остается химически безвредной для организма.

Поэтому одним из древнейших методов оздоровления является глинолечение. В древности глины использовали местно для припарок и натираний, а также принимали внутрь для борьбы с бактериями и токсинами, используя их адсорбирующий эффект. Белая глина обладает большой теплоемкостью, именно благодаря этому свойству она используется в теплолечении. Стремление к натуральности и возвращение к старинным методам лечения привело к возрождению глинолечения в наши дни [11].

Показаниями для применения глин с лечебной целью являются воспалительные или травматические процессы хронического характера: артриты, плохо заживающие переломы, ушибы, невралгии, миозиты.

Терапевтический эффект глинолечения складывается в основном из трех компонентов:

- термического;

- механического;

- химического.

Глиняная масса нужной температуры при соприкосновении с кожей нагревает ее с последующим значительным расширением периферических сосудов. Гиперемия действует болеутоляюще, содействует рассасыванию воспалительных процессов, усиливает питание тканей и обмен веществ, а также оказывает антиспазматическое действие. Потоотделение (зачастую очень обильное), сопровождающее процесс глинолечения, имеет чрезвычайно важное значение при ряде заболеваний. Одновременно с потом из организма выводятся некоторые продукты обмена веществ: например, мочевая кислота, а также разного рода токсины. Таким образом, глина, нагретая до довольно высокой температуры, - это тепловая процедура. В основе термической реакции при глинолечении лежит активизация клеток организма, которая сопровождается стимуляцией биохимических процессов. Механическое действие в процессе глинолечения проявляется в давлении массы глины на кожу, которое воспринимается организмом как раздражитель, на действие которого, в зависимости от его качества, количества и силы, организм отвечает активной реакцией [11].

Химическое действие обусловлено химическим составом глины, содержащей соли разных элементов, окиси железа, кальция, магния, кремния, а также серный ангидрид, углекислоту и органические вещества, которые в известной степени производят раздражающее действие на кожу.

По своему воздействию на организм глинолечение близко к грязелечению, поэтому и противопоказания у них общие: это заболевания сердечно-сосудистой системы, щитовидной железы, туберкулез. Для общего оздоровления организма очень эффективно сочетание глинолечения с массажем, лечебной физкультурой, водными процедурами.

На Западе с белой глиной работают уже давно. Ведущие фармацевтические компании США, Японии, Франции и других стран проводят широкие исследования ее свойств, с целью включения глины в практику медицинского обслуживания. Россия в этом плане отстала, так как многие таблетки для этих целей до сих пор используют крахмал, мел и глюкозу.

Также в 1994 году, каолин был признан активатором свертывания крови и использовался в различных лабораторных тестах для измерения активированного времени свертывания. Сообщалось об использовании пропитанной каолином марли или других повязок при хирургических вмешательствах (включая ухо, нос и горло, а также сердечно-сосудистую хирургию) в качестве кровоостанавливающего средства.

Таким образом, глина обладает немалым спектром целебных свойств и при определенных условиях способна буквально поглощать болезни.

Кроме того, каолин используется или использовался в прошлом в следующих отраслях:

- в зубной пасте;

- при производстве лампочек;

- при производстве краски для расширения белого пигмента и изменения степени блеска;

- при производстве клея;

- при производстве промышленного изоляционного материала;

- в земледелии для предотвращения повреждения насекомыми, а в случае с яблоками для солнечных ожогов;

- в качестве абсорбента для очистки сточных вод;

- используется при производстве бетона;

- используется в пищу (но мы не рекомендуем это!);

- и многое другое.

Таким образом каолин – это материал, который актуален во многих сферах жизнедеятельности людей и его производство, и добыча необходимы.

II ГЛАВА. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Изучив теоретическую часть касаемо истории возникновения Кыштымского каолинового карьера «Уральское Бали», химических свойств каолина его применения и пользы, мы решили удостовериться, а так ли это, поэтому мы провели следующее исследование.

§1. Знакомство с «Уральским Бали» и производством Кыштымского каолина

Наш первый этап исследовательской работы начался «06» августа 2024 года с посещения г. Кыштым в Челябинской области, а именно самого месторождения Кыштымского каолина (рис. 7-8).

Рис. 7 – въезд в город Кыштым

Рис. 8 – современное каолиновое месторождение

Когда я вместе со своей семьи посетил это место, во время подъезда к самому карьеру мы столкнулись со следующими проблемами: по причине того, что все месторождение устелено глинной было трудно проехать, так как колеса автомобиля проваливались в глине (каолине-сырце). Было принято решение добираться до карьера пешком. Когда мы шли ноги проваливались в глине, местами она была влажной, а где-то сухой.

Что меня удивило: помимо большого карьера, который получил свое знаменитое название «Уральское Бали» там располагалось множество других, где цвета глины были разными (рис. 9-10).

Рис. 9 – разработка новых карьеров (глины с примесями)

Рис. 10 – добыча глины без примесей

Как оказалось, это связано с тем, что здесь происходит отбор различного вида каолина, так в одном карьере добывают глину без примесей, она имеет светло-серы или белый цвет, а в других она либо темно серого и даже коричневого цвета, это обусловлено нагличаем в них примесей, которые в дальнейшем на производстве при процедуре прокаливания удаляются.

Цвет воды, в затопленном карьере нас действительно поразил, не зря ему дали прозвище – «Уральское Бали», но в день нашего приезда вода была не голубой, а изумрудной, так как на улице было облачно и из-за света вода поменяла свой цвет (рис. 11).

Рис. 11 – я с братом на фоне «Уральское Бали»

Для более подробного исследования было принято решение отправиться на завод по обработке и производству каолина – ООО «Кыштымский каолин».

«14» сентября 2024 года, нам с семьей удалось попасть на само производство Кыштымского каолина масштабы нас поразили.

Как нам рассказали на производстве, они единственная фабрика в России по обогащению мокрого каолина, что дает им возможность создания каолиновой продукции, которая способна на равных конкурировать с товарами, выпускаемыми лучшими импортными производителями.

Также нам рассказали и показали все этапы производства качественной каолиновой продукции.

1 Этап – он начинается с приемного бункера в котором, найденная руда с месторождения измельчается, для удобной работы с ней (рис. 12).

Рис.12 – бункер приемки каолина-сырца

2 Этап – затем по транспортировочной ленте каолин-сырец попадает в основной цех (рис. 13). Попадая в основной цех каолин-сырец смешивается с водой, разделяясь на гальку, кварцевый песок и каолиновую суспензию.

Рис. 13 – транспортировка каолина для смешения его с водой

3 Этап – благодаря специальному оборудованию (фильтр-прессы) из каолиновой суспензии удаляется лишняя влага.

Рис. 14 – фильтр-прессы для удаления влаги

4 Этап – полученный каолин попадает в сушильный барабан, где при температуре 400-500 градусов Цельсия он проходит термическую обработку. Влага удаляется и каолин попадает на склад готовой продукции (рис. 15-16).

Рис. 15 – сушильный барабан

Рис. 16 – готовая продукция

Также нам подробно рассказали о том в каких сферах жизнедеятельности применяется каолин. Так, например, нам показали готовый кирпич на основе каолина (рис. 17).

Рис. 17 – кирпич из каолина

Таким образом, мы действительно убедились в том, что «Уральское Бали» это не просто туристическое место, а настоящий агрегатор по производству качественной каолиновой продукции.

Наша работа на этом не закончилась, далее мы проверим свойства и применение каолина в сферах жизнедеятельности.

§ 2. Исследование физико-химических свойств и применения каолина

Живя в современном мире, где можно ежедневно наблюдать деятельность человека на земле, примечать сезонные изменения, мы совсем забыли о простом природном материале: глине или как его называют иначе - каолин. Каковы свойства глины, как используется и где добывается глина, связаны ли свойства и области применения глины между собой? На эти вопросы мы ответили в данной части нашей работы. Но для подтверждения теории мы провели ряд экспериментов.

Эксперимент № 1. Исследование водопроницаемости глины после различных способов обработки.

Дата проведение эксперимента: 15.09.2024 года

Объект исследования: каолин добытый на Кыштымском месторождении

Предмет исследования: физические свойства каолина.

Оборудование: небольшое количество каолина (4 опытных образца, полученных от ООО «Кыштымский каолин»), вата, воронка, спринцовка, стеклянная лабораторная колба, емкость с подкрашенной водой.

Опытный образец № 1: обогащенный каолин без обработки.

Опытный образец № 2: обогащенный измельченный каолин.

Опытный образец № 3: обогащенный каолин с температурной обработкой 300°С. 

Опытный образец № 4: обогащенный каолин с температурной обработкой 1200°С (рис. 18).

Рис. 18 – опытные образцы

Для проведения нашего исследования свойств каолина мы взяли стеклянную лабораторную колбу, поместили на ее горлышко прозрачную воронку, отверстие прикрыли ватой, чтобы каолин не высыпался в колбу, на вату разместили каолин – по очереди 4 образца, после чего спринцовкой наливали на каолин воду.

Первый опытный образец показал, что каолин-обогащённый пропускает воду до момента пока не набухнет, второй опытный образец сразу набухает и воду не пропускает, а третий и четвертый образцы пропускают воду сразу и всю (рис 19-22).

Рис. 19-20 – результаты образцов 1 и 2

Рис. 21-22 – результаты образцов 3 и 4

Вывод: физические свойства каолина могут меняться в зависимости от термической обработки, то есть один и тот же материал в каких-то случаях пропускает воду, а в каких-то нет. И в зависимости от указанных свойств каолин используется в изготовлении различных изделий: так опытные образцы каолина № 1-2 используют для керамики и керамического гранита, а после термической обработки они используются в производстве огнеупорных изделий, например, огнеупорный кирпич (используется для строительства печей, каминов).

Эксперимент № 2. Использование глины в косметологии.

Дата эксперимента: в период с 20.08.2024 по 14.09.2024 гг.

Объект: маска для лица от бренда «Aravia»с антиоксидантным комплексом (рис. 23)

Рис. 23 – объект действие, которого мы проверяли

Предмет исследования: действительное применение каолина (глины) в косметологии

Оборудование: макса Post-Acne от бренда «Aravia», кисть для нанесения маски, проблемная зона или вся область лица.

Перед тем как перейти к экперименту ознакомимся с описанием и составом объекта исследования на сайте производителя: «Маска разработана для эффективной борьбы с несовершенствами жирной и проблемной кожи, склонной к появлению акне, расширенным порам, избыточному выделению себума, комедонам и постакне. Маска обладает кератолитическим действием, способствует быстрому избавлению от отмерших ороговевших клеток кожи, очищает комедоны, препятствует образованию новых. Способствует устранению отеков и застойных пятен, глубоко очищает, тонизирует и сужает поры, активизирует обменные процессы. Наличие в составе маски серы и бадяги придает маске активное рассасывающее действие, что предотвращает застойные процессы, образование сальных пробок, улучшает микроциркуляцию и цвет кожи.»

Действие:

• Себорегулирующеее

• Поросуживающее

• Комедонолитическое

• Рассасывающее

Домашний уход: рекомендуется к применению в домашнем межкурсовом уходе 1-2 раза в неделю для жирной кожи по назначению косметолога.

Биоактивный состав: каолин, бадяга, сера.

• Каолин адсорбирует излишки кожного сала, очищает кожу от токсинов, подсушивает и контролирует работу сальных желез.

• Бадяга обладает активным рассасывающим, противоотечным действиями. Способствует исчезновению застойных пятен, рубцов, пигментных очагов, ускоряет заживление кожных покровов, очищает и сужает расширенные поры, уменьшает количество выделяемого себума.

• Сера снижает гиперсекрецию сальных желез, оказывает противовоспалительное и обеззараживающее действия, препятствует образованию комедонов и воспалительных элементов.

«20» августа 2024 года на моем лице появился не очень красивый прыщик, как раз на тот момент я уже изучал свойства и применение каолина, поэтому было решено провести эксперимент, каким образом каолин в составе косметических средств влияет на кожу.

Вечером 20.08.24 года, я нанес маску, содержащую каолин на проблемный участок кожи лица, на 15 минут. Смыл теплой водой. Результат, который я получил: кожа стала мягкой, напитанной, покраснение стало чуть меньше. Повторили этот эксперимент на следующий день, нанеся его вновь вечером, и вновь результат не переставал радовать покраснения практически не было заметно, а к концу недели прыща словно уже и не бывало (рис. 23-24).

Вывод: проведя такое интересное наблюдение, подтвердилось, то что каолин возможно использовать в косметологии. Он способен убрать с поверхности кожи избыток себума и другие загрязнения. Адсорбирующее действие глины особенно полезно для обладателей жирной и комбинированной кожи лица, которые часто сталкиваются с появлением прыщей, акне и следов несовершенств.

Рис. 23-24 – результаты Эксперимента №2

Эксперимент № 3. Исследование применение каолиновой глины при создании керамической посуды.

Дата проведения: 29.08.24

Объект: глина с каолином для создания керамической посуды

Предмет исследования: как глина с каолином используется при создании керамической посуды.

Оборудование: глина, гончарный круг

Процесс изготовления глиняной посуды включал в себя пять этапов: заготовка глины, приготовление сырья, формовка сосуда и орнаментация, сушка, обжиг.

«29» августа 2024 года я посетил гончарную мастерскую «Колокол» в г. Челябинск, чтобы проверить как каолин применяется при создании керамической посуды.

Для начала нам дали обработанную глину, которую мы начали подготавливать для создания керамической посуды, затем за гончарным кругом мы стали придавать форму нашему изделию – кружка, по технике «формирование из кома». Отрезается небольшой кусок глины и разминается руками. Для придания плотности прикладывается усилие, глина бросается на стол, обстукивается ладонями. Затем из нее формируется шар, задается устойчивое дно. После этого на гончарном кругу пальцами делается отверстие посередине и постепенно расширяется, чтобы стенки и дно стали приблизительно одинаковой толщины. Глина легко поддавалась нашему влиянию. Чтобы придать точную форму изделие смачивалось водой.

Далее, готовое изделие сушат при температуре 120-160°С, чтобы удалить всю лишнюю влагу. После чего изделие глазурируют и вновь поддают обжигу. С результатом работы можно ознакомиться на рисунках 25 и 26 (рис. 25-26).

Рис. 25-26 – результаты Эксперимент № 3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате нашего небольшого исследования мы пришли к следующим выводам:

1. «Уральское Бали» - уникальное место, как для туристов, так и для промышленной деятельности. Благодаря тому, что у нас существует такое месторождение, Челябинская область обеспечивает большинство предприятий каолином по сей день и является самым богатым месторождением.

2. Каолин – уникальная горная порода, которая применяется во многих сферах жизнедеятельности, начиная от промышленности и заканчивая косметологией.

3. При проведении Эксперимента № 1 мы пришли к тому, что физические свойства каолина могут меняться в зависимости от термической обработки, то есть один и тот же материал в каких-то случаях пропускает воду, а в каких-то нет, что подтверждает уникальность этой породы. И в зависимости от указанных свойств каолин используется в изготовлении различных изделий: так опытные образцы каолина № 1-2 используют для керамики и керамического гранита, а после термической обработки они используются в производстве огнеупорных изделий, например, огнеупорный кирпич (используется для строительства печей, каминов).

4. При проведении Эксперимента № 2 подтвердилось, то что каолин возможно использовать в косметологии. Он способен убрать с поверхности кожи избыток себума и другие загрязнения. Адсорбирующее действие глины особенно полезно для обладателей жирной и комбинированной кожи лица, которые часто сталкиваются с появлением прыщей, акне и следов несовершенств.

5. При проведении Эксперимента № 3, мы на личном опыте столкнулись как работать с каолином при создании керамической посуды.

Таким образом, считаем, что наша гипотеза: «каолин обладает особыми свойствами, которым можно найти полезное применение» подтвердилась. Действительно, каолин – ресурс, который можно применить в любой сфере жизнедеятельности благодаря его универсальным свойствам.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глины и каолины Урала: справочное пособие: специальность 240304 - "Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов", 270106 - "Производство строительных материалов, изделий и конструкций" / Н. Ф. Солодкий [и др.] // М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Челябинский гос. пед. ун-т". — Челябинск : Изд-во Челябинского гос. пед. ун-та, 2012. 175 с.

2. Каолин в косметике. Официальный сайт «Aravia». URL:https://aravia-prof.ru/guide/components/kaolin/

3. Каолины, минералогия и генезис : [Сб. ст.] / АН СССР, Ин-т геологии руд. месторождений, петрографии, минералогии и геохимии; Отв. ред. В. П. Петров, П. П. Смолин. - Москва : Наука, 1988. 166 с.; ISBN 5-02-002631-X.

4. Кыштымский каолиновый карьер. Рудники Урала. URL: https://uralmines.ru/kyshtymskij-kaolinovyj-rudnik/ (дата обращения: 25.08.2024)

5. Официальный сайт «Кыштымский каолин». URL: https://kyshtym-kaolin.ru/#about (дата обращения: 25.08.2024).

6. Павел Распопов. Уральское Бали – живописный карьер близ Кыштыма. Ураловед. URL: https://uraloved.ru/uralskoe-bali

7. Петров, В.П. Каолины / В.П. Петров // Наука, Москва, 1974 г., 204 с., УДК: 553.612

8. Потапчук, Т.Н. Полезные ископаемые / Т.Н. Потапчук // Историческая азбука Кыштыма. Администрация Кыштымского городствкого округа 2013. С. 49.

9. Толкачева, А.С. Общие вопросы технологии тонкой керамики: учеб. посо‑ бие / А.С. Толкачева, И.А. Павлова. // Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. 184 с.

10. Фонтанов, М.С. В поисках Рифея / М.С. Фонтанов // Ч. 1., 2008. С. 251, ISBN 978-5-93946-120-7.

11. Фролов Н.Ю. Методические подходы к экспериментальному изучению дерматотропных средств / Н.Ю. Фролов // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2009. Т. 72. № 5. С. 56-60.