Мышьяк в природе и сульфидных никелевых рудах В

Мышьяк в природе и сульфидных никелевых рудах В. Л. Бочаров

Будучи компонентом более 200 минералов, As в породах земной коры образует фоновые концентрации 0, 5 -2, 5 мг/кг (то же, г/т, 10 -4%, g. g-1, ppm). Называют и большие цифры – 5 -6 мг/кг. В зависимости от окси-редокс условий наблюдают четыре степени окисления: As 3 -, As 0, As 3+, As 5+. Две последние, особо токсичные, наиболее опасны для окружающей среды. Все соединения As растворимы, но их миграционные способности ограничены связыванием минералами глин, гидроксидами Al, Mn, Fe, сульфидами Fe, органическим веществом.

Составы минералов: Лёллингит – Fe. As 2 Скородит – Fe[As. O 4]. 2 H 2 O Реальгар – As. S Арсенопирит – Fe. As. S Аурипигмент – As 2 S 3 Энаргит – Cu 3 As. SO 4 Н. М. Чернышов (2015): «Содержание мышьяка в организме среднего по массе человека (70 кг) составляет 15 мг. Механизм избыточного количества мышьяка на организм человека связан с нарушением обменных процессов. Ряд соединений мышьяка применяется в медицине. Особенно токсичным соединением мышьяка является арсин As 3 H 3, концентрация которого в воде 0, 005 г/дм 3 приводит к смерти. Ядовит оксид мышьяка As 2 O 3, а также As. Cl, Na 3 As. O 3, Na 3 As. SO 4» . В рудах Еланского месторождения отмечено присутствие минералов серии кобальтин – герсдорфит (Co. As. S – Ni. As. S), %, с содержанием Ni – 34, 7 -7, 94; Co – 22, 66 -0, 63; As – 46, 59 -44, 21; S – 19, 83 -19, 06. От общей массы рудного вещества эти минералы составляют 0, 25 – 0, 05%.

Основные используемые народным хозяйством соединения As – триоксид As 2 O 3 (белый, или коммерческий, мышьяк), а также арсенат кальция Ca 3(As. O 4)2, близкий к минералу фонукситу Ca 3(As. O 4)2. 11 H 2 O. Применяются в инсектицидах, пестицидах, для дезинфекции крупного рогатого скота и овец. 90% триоксида As идет на составы для консервации древесины, прочее – в производства красителей, борьбу с сорняками, стекловарение, противопожарную обработку материалов, выделку шкур. Элементарный As применяют для упрочнения изделий из меди и, особенно, свинца в аккумуляторах. Его добавляют в полупроводники: оптико-электронный сплав Ga. Al – третий по значению после Si и Ge. 0, 1 -1% As в расплаве свинца при получении ружейной дроби увеличивает поверхностное натяжение, придавая дробинам сферическую форму.

Малые количества As – полезные добавки в питание крыс, хомяков, коз, цыплят. Спортсмены используют их для наращивания мышечной массы. В этих целях препаратами As лечили крайне истощенных узников Освенцима, а ныне заложников террористов. As – компонент лекарств против рака (и не только). As в окислительновосстановительных реакциях содействует расщеплению сахаров (что улучшает умственную функцию) и прочих углеводов, гликолизу, брожению. При исследованиях обмена веществ As используют в качестве ингибитора (замедлителя) ферментов. Его соединения помогают ликвидировать рано стареющие и быстро растущие опухоли и клетки в онкологии и стоматологии.

Однако чуть большие концентрации оказываются тяжелой проблемой для здоровья людей. Недаром арсенолит As 2 O 3 был излюбленным ядом Древнего Рима. ПДК элемента в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности определены в следующих количествах: транслокационный – 2 мг/кг, водный – 15 мг/кг, общесанитарный – 10 мг/кг. Притом, что отмечают многие, среднее фоновое содержание As в природе составляет 6 мг/кг!

As – один из немногих элементов, почти все мировое производство которого (30453 т в 1995, около 40 тыс. т в 2008 г. ) сразу же оказывается в окружающей среде со вносимыми при сельскохозяйственном производстве препаратами. Важный источник антропогенного As – сжигание нефти и угля. Среднее концентрации As в углях оценена в 10 г/т. Все соединения являются ядовитыми. Наиболее успешно используемое с криминальной целью ядовитое соединение – триоксид мышьяка. На тех территориях, где в воде и почве наблюдается переизбыток вещества, происходит его накопление в щитовидных железах у людей. Вследствие этого у них образуется эндемический зоб.

Симптоматика мышьяковистого отравления проявляется металлическим вкусом во рту, рвотой, сильными болями в животе. Наиболее общедоступное и известное противоядие при интоксикации мышьяком – это молоко. Отравление происходит: 1) при вдыхании мышьяковистых соединений в виде пыли (чаще всего – в неблагоприятных производственных условиях); 2) при употреблении отравленной воды и пищи; 3) применении некоторых лекарственных средств. Мышьяк является весьма ядовитым веществом, единовременная доза в 50 мг может повлечь за собой летальный исход. Передозировка проявляется раздражительностью, аллергией, головной болью, дерматитом, экземой, конъюнктивитом, угнетением дыхательной функции и нервной системы, нарушением работы печени. Передозировка веществом увеличивает риск развития онкозаболеваний. С едой он поступает в организм в достаточном количестве.

Продукты, особо богатые им, такие, как креветки, омары, лангусты – во избежание передозировки следует есть в умеренных количествах, чтобы не получить вовнутрь чрезмерное количество яда. Недостаточным суточным поступлением вещества в организм считается 1 мкг/день. Порог токсичности составляет примерно 20 мг. Большое количество элемента содержится в рыбьем жире и, как ни странно, в винах. В нормальной питьевой воде содержание вещества невысокое и не опасное для здоровья – примерно 10 мкг/дм 3. Получение мышьяка. Его получают в качестве побочного продукта переработки свинцовых, медных и цинковых руд, а также при добычи золота. Некоторые из полиметаллических руд содержат в себе до 12% мышьяка.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ Около 98% всего добываемого мышьяка не используется в чистом виде. А вот его соединения получили популярность и применяются в разных отраслях промышленности. Ежегодно добывают и используют сотни тонн вещества. Мышьяк является ценным материалом в цветной металлургии. При добавлении к свинцу в количестве 1% значительно повышается твердость сплава. Добавка в медь усиливает ее твердость, коррозионную стойкость и прочность. Оксиды мышьяка используют в стекловарении как осветители стекла. Мышьяксодержащие препараты используются в качестве стимуляторов продуктивности и роста растений. Лекарственные средства на основе мышьяка используются для профилактики болезней скота. Они же применяются для борьбы с грызунами, сорняками и насекомыми.

Важнейшие области современного использования мышьяксодержащих веществ – производство микросхем, полупроводниковых материалов и волоконной оптики, пленочной электроники, монокристаллов для лазеров. В медицине применение мышьяка гораздо менее обширно, чем в производстве. Тем не менее, диагностика различных патологий и заболеваний, а также лечение стоматологических болезней производится с использованием микроскопических доз мышьяка. Поскольку мышьяк негативно влияет в целом на здоровье, то изучением его свойств занимается именно медицинская область науки, которая ищет методы уберечь человека от мышьяковой интоксикации или свести к минимуму ее последствия.

РЕЗЮМЕ 1. В природе не существует ни вредных, ни полезных химических элементов. Проявление тех или иных свойств химического элемента определяется его внутренним строением, окружающей средой и характером взаимодействия с другими элементами. 2. Несмотря на то, что мышьяк представлен единственным стабильным нуклидом As-75, его уникальность состоит в том, что он присутствует повсюду – в горных породах, минералах, воде, почве, животном и растительном мире, в различных климатических регионах Земли. Латинское название «Arsenicum» этого элемента образовано от греческого слова «арсен» , что значит «мощный, сильный» .

3. В природных условия мышьяк проявляет как халькофильные (образуя соединения с серой), так и оксифильные свойства (образуя соединения с кислородом). Все его природные соединения в той или иной степени токсичны. Источником промышленного получения мышьяка являются контактово-метасоматические (скарны) и колчеданно-полиметаллические руды, где мышьяк образует главные промышленные минералы: арсенопирит (Fe. As. S), аурипигмент (As 2 S 3), реальгар (As. S). Сульфидные медно-никелевые и никель-кобальтовые руды в качестве источника мышьяка из-за низкой концентрации в них не используются.

4. В процессе флотации (разделения по массе сульфидной и силикатной фракций) мышьяк остается в сульфидной фракции вместе с Fe, Co, Ni (атомные массы 56 -59), в то время как силикатная фракция (Si, Al, Ca, Mg – атомные массы 24 -40) уходит в так называемые «хвосты» . Удаление мышьяка из сульфидной фракции осуществляется уже в металлургическом процессе. Таким образом, загрязнение мышьяком окружающей среды в районе добычи и первичной переработки сульфидных медноникелевых и никель-кобальтовых руд исключается.

ЛИТЕРАТУРА 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Бетехтин А. Г. Минералогия. – М. : Госгеолиздат, 1950. Браунлоу А. Х. Геохимия. – М. : Недра, 1984. Мияки Я. Геохимия. – Л. : Недра, 1969. Перельман А. И. Геохимия. – М. : Высшая школа, 1979. Полинг Л. Общая химия. – М. : Мир, 1974. Чернышов Н. М. Сульфидные платиноидные-кобальтникелевые месторождения Новохоперского рудного района и проблемы их комплексного освоения в условиях жестких экологических ограничений и сохранения уникальной системы / Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. : Геология, 2013, № 2. Чернышов Н. М. , Чернышова М. Н. Закономерности размещения, формы нахождения и экология мышьяка в рудах Еланского структурно-дайкового комплекса / Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. : Геология, 2015, № 2.