Zinātnes Vēstnesis
- 2011.g. 24.janvāris
LZA īst.loc. U.Sedmalis, profesors V.Segliņš
Pirmā darba gada rezultāti (Valsts pasūtījuma programmas sadaļa
“Zemes dzīles” 2010.–2013.g.)
Pabeigti 2010.gada darbi un sācies jaunais 2011.gads. Šajā sakarībā jānovērtē padarītais un iegūtie rezultāti laikā no 2010.gada maija līdz decembrim, kā arī jāaplūko turpmākā darba ieceres 2011.gadā un tam sekojošiem gadiem.
Šis raksts veltīts īsam aprakstam par 2010.gada pētījumu rezultātiem, kas iegūtu izpildot LR Ministru kabineta rīkojuma Nr. 594 5.sadaļu par pētījumiem Latvijas zemes dzīļu resursu jomā un to izmantošanu tautsaimniecībā. Apstiprinātā programmā zemes dzīļu resursu apzināšana, izpēte un pārstrādes tehnoloģiju pamatprincipu izstrāde paredzēta projektā Nr.1 – “Jaunu tehnoloģiju izstrādāšana inovatīvu produktu ražošanai no Latvijas zemes dzīļu resursiem”. Projekta vadītājs ir Dr.geol., profesors Valdis Segliņš. Projektu kopumā veido 6 apakšprojekti, kuru īstenošanā piedalās Rīgas Tehniskās universitātes Silikātu materiālu institūta, Vispārīgās ķīmijas tehnoloģijas institūta un Latvijas zemes bagātību institūta, kā arī Latvijas Universitātes Ģeogrāfijas un zemeszinātņu fakultātes speciālisti.
2010.gadā uzsākta Latvijas mālu piemērotības novērtēšana jaunu produktu un to ražošanas tehnoloģiju izstrādei. Prioritārajā pētījumu programmā “Zemes dzīles” uzmanība veltīta cieto Latvijas galveno minerālo izejvielu izvērtējumam, to ģeoloģiskai izcelsmei, īpašību atkarībai no ķīmiskā, mineraloģiskā (fāžu) un granulometriskā sastāva.
Kā zināms, no cietām izejvielām Latvijas zemes garoza (zemes dzīles) satur mālu, karbonātiežus – kaļķakmeni un dolomītu, kā arī ģipšakmeni, kvarca smiltis u.c. izejvielas. Pašlaik no izmantošanas viedokļa tautsaimniecībā visnozīmīgākie ir dažādas ģeoloģiskas izcelsmes māli. Tāpēc arī pirmajā programmas izpildes darba gadā galvenā uzmanība veltīta māliem, kas no ģeoloģiskās izcelsmes viedokļa ir sekundāri veidojumi. Savukārt, keramikas ieguves jeb veidošanās procesi ir salīdzināmi ar zemes garozā notiekošiem metamorfiem procesiem.
Teorētiskā bāzes mālu sistēmu izpētei ir seškomponentu sistēma Na2O–K2O–MgO(FeO)–CaO–Al2O3–SiO2, kurā iespējama ap 280 kristālisko savienojumu veidošanās. Savukārt zināms, ka materiālu īpašības un izmantošana dažādās tautsaimniecības nozarēs atkarīga no materiāla ķīmiskā, fāžu sastāva, kā arī fāžu dispersitātes pakāpes, t.i., mikro– un makrostruktūras (dažos gadījumos – tekstūras). Ja sistēmā, atkarībā no termodinamiskiem apstākļiem, var veidoties ap 280 kristālisko savienojumu jeb fāžu, tad nav grūti iedomāties lielo materiālu daudzveidību, kas iegūstama no māliem (mālu sistēmām). Tātad, paredzams, ka no māliem tuvākā vai tālākā nākotnē būs iespējams iegūt lielu skaitu jaunus, līdz šim nepazīstamus materiālus. Pašlaik pētījumu rezultātā noskaidrots, ka no Latvijas māliem var iegūt ne mazāk kā 35 pēc īpašībām, tehnoloģijas un pielietošanas atšķirīgus materiālus un izstrādājumus. Pašlaik mālu izmanto ne vairāk kā 12 veidos, galvenokārt portlandcementa ražošanā, būv–, sadzīves un mākslas keramikas ieguvē. Līdzīgs stāvoklis ir kaļķakmens, dolomīta un ģipšakmens izmantošanas jomā. Arī šīs izejvielas netiek izmantotas pietiekami racionāli un efektīvi jaunu materiālu un izstrādājumu ieguvē.
Projektu kopumā veido, kā jau minēts iepriekš, seši apakšprojekti:
1.apakšprojekts “Latvijas mālu piemērotības novērtēšana jaunu produktu un to ražošanas tehnoloģiju izstrādei” (atbild.izpild. prof. V.Segliņš). Mūsdienu mālu selektīvai ieguvei, inovatīvu materiālu izveidei, teritoriju attīstības plānošanas vajadzībām, resursu precīzai plānošanao vidējoti dati nav izmantojami, tādēļ ir nepieciešams mērķtiecīgi papildināt zinātnisko izpēti par mālu iegulu veidošanās un saguluma apstākļiem, raksturīgām grunšu īpašībām. Pētījuma mērķis ir gūt priekšstatu par reālo mālu resursu izpētes kvalitāti un atbilstību mūsdienu prasībām jaunu produktu un to ražošanas tehnoloģiju izstrādei.
2.apakšprojekts “Augsti dispersu sistēmu ieguves tehnoloģija un izpēte uz Latvijas mālu pamatnes inovatīvam pielietojumam sorbcijas procesos, vides tehnoloģijās, medicīnā un kosmetoloģijā” (atbild.izpild. prof. L.Bērziņa–Cimdiņa). Augsti dispersas sistēmas ir viens no aktuāliem produktiem ar visdažādāko pielietojumu, kas saistīts ar nanodaļiņu strukturālām īpatnībām. Māli kā dabīga nanofrakciju saturoša izejviela ir īpaši perspektīvs izejmateriāls. Tomēr šī brīža dati par Latvijas mālu iegulām ietver galvenokārt klasifikāciju būvmateriālu ražošanai, bet tie nav pietiekami augsti dispersu sistēmu izstrādei ar inovatīvu pielietojumu. Šādu datu iegūšana ir pamats turpmākai inovatīvu pielietojumu apzināšanai un izpētei.
3.apakšprojekts “Jauni keramikas materiāli un tehnoloģijas” (atbild.izpild. asoc.prof. G.Sedmale). Apakšprojekta galvenie uzdevumi tika noteikti kā minerālo izejmateriālu apsekojums Latvijas teritorijā, darba metodiku izstrāde un paraugu sagatavošana izpētei; izpētes rezultātu un izejmateriālu novērtējums, augsttemperatūras blīvu un porainu keramikas produktu ieguvei un stikla/stikla šķiedras ražošanai.
4.apakšprojekts “Energotaupīgas augsti poraina keramzīta iegūšanas tehnoloģijas no Latvijas māliem” (atbild.izpild. asoc.prof. V.Švinka). Dažādu mālu izejvielu un maisījumu termisko īpašību analīze rāda, ka, atkarībā no mineraloģiskā un ķīmiskā sastāva, ir iespējama porainas keramikas iegūšana vienpakāpes ātras termiskās apstrādes režīmā ar ievērojami mazāku mālvielu saturu nekā tas ir klasiskajā paņēmienā. Tālākā perspektīvā tas dod iespēju modernizēt un samazināt porainās keramikas ražošanas energoietilpību. Porainā keramika tiek iegūta pēc ātras vienpakāpes termiskās apstrādes metodes, kur izejvielas satur aleirītu frakciju ? 60 % un aleirīti satur mikroklīnu un albītu attiecībā pret sīkdispersu kvarcu 1:2 līdz 1:3.
5.apakšprojekts “Kūdras īpašību un modifikācijas iespēju izpēte jaunu izmantošanas risinājumu izstrādei” (atbild.izpild. prof. M.Kļaviņš). Šī apakšprojekta mērķis ir veikt Latvijas kūdras un sapropeļa resursu pētījumus jaunu inovatīvu produktu – kūdras sorbentu, kūdras un sapropeļa preparātu, humusvielu ekstraktu – ražošanas tehnoloģiju izstrādē. No pētītajiem kūdras paraugiem izdalīti preparatīvi humusvielu daudzumi un veikts to raksturojums. Pētīta kūdras sorbcija attiecībā uz metālu joniem. Raksturota sorbcijas procesa kinētika un pierādīts, ka sorbcija notiek ātri, noteiktas sorbcijas izotermas un raksturota sorbcijas kapacitāte, kas pierāda kūdras kā sorbenta salīdzināmību ar sintētiskajiem jonītiem. Pārbaudītas kūdras izmantošanas iespējas sorbcijai dinamiskā režīmā.
6.apakšprojekts “Uz keramzīta bāzes izveidoti jauni biotehnoloģijas produkti un tehnoloģijas” (atbild.izpild. vad.pētn. O.Mutere). Pētot noteikto problēmu – jaunu keramisko materiālu testēšanu ar mērķi atlasīt piemērotākos materiālus mikroorganismu imobilizēšanai un to aktivitātei gaisa biofiltrācijas procesā un augsnē – tika realizēti trīs pētījumi: dažādu keramzīta materiālu piemērotības novērtējums mikroorganismu imobilizācijas kontekstā; imobilizēto mikroorganismu dzīvotspējas un aktivitātes izpēte gaisa biofiltrācijas procesā un imobilizēto mikroorganismu dzīvotspējas un darbības izpēte augsnē. Nozīmīgākie imobilizācijas eksperimenti tika veikti ar keramzīta granulām ar vidējo diametru 1.18±0.63 cm, kuras sagatavoja VPP projekta 4.apakšprojekta ietvaros Dr.habil.sc.ing. V.Švinka un Dr.sc.ing. A.Cimmers (RTU).
Turpmāk par tuvāko gadu darba uzdevumiem:
– turpināt izstrādāt siltuma izolācijas porainu būvmateriālu no māliem;
– aktivizēt mālu reaģētspēju, ilglaicīgi izturot konusā (sabērumā) (optimālais izturēšanas laiks varētu būt 1–3 gadi). Šajā laika periodā atmosfēras ietekmē mālainās daļiņas atdalās viena no otras un, līdz ar to, palielinās reaģētspējīgā virsma;
– aktivizēt mālu reaģētspēju, tos apstrādājot ar sārmiem (KOH vai NaOH), tādējādi panākot mālu minerālu sadalīšanos individualizētos aktīvos komponentos, tādos kā Al2O3 un SiO2;
– kā perspektīvs nākotnes būvmateriāls varētu būt mākslīgais smilšakmens, kas varētu būt kā alternatīvs materiāls silikātu ķieģeļiem. Mākslīgais smilšakmens ir iecerēts kā analogs materiāls dabā sastopamiem smilšakmeņiem. Iegūt mākslīgo smilšakmeni iespējams no kvarca smiltīm tajās injicējot, piemēram, nātrija hidroksīda un sodas, kā arī kalcija vai dzelzs sāļu šķīdumus atmosfēras apstākļos. Mākslīgais smilšakmens varētu būt enerģiju taupošs materiāls, kas izmanto saules siltuma enerģiju;
– apzināt augststiprības dolomītus, no kuriem varētu iegūt apdares materiālus, kā arī augsttemperatūras ugunsizturīgus materiālus Latvijas metalurģiskai rūpniecībai;
– izpētīt Latvijas devona un juras perioda kvarca smilšu noderību stikla šķiedras rūpniecībai ar nolūku aizstāt importētās kvarca smiltis vai kvarcītu. Panākt krāsojošo komponentu (Fe2O3 un TiO2) samazināšanu līdz 0.01 % vai pat mazāk.