Магній та його сполуки належать до важливих видів мінеральної сировини, що широко використовуються у хімічній, фармацевтичній, харчовій та інших галузях промисловості. Особливе місце серед сполук магнію займає магній оксид MgO, який характеризується високою хімічною стабільністю, лужними властивостями та здатністю реагувати з кислотами з утворенням розчинних солей магнію [1]. Магній оксид застосовують, зокрема, як лікарський засіб з антацидною та послаблювальною дією.
Перспективною сировиною для виробництва MgO є природний бішофіт — мінерал складу MgCl₂·6H₂O, який утворюється на заключних стадіях формування соляних відкладів. В Україні бішофітвмісні поклади відомі, зокрема, у Полтавській області; до них належать Затуринське та Східно-Полтавське родовища [2]. Перевагою бішофіту як вихідної сировини є високий вміст магнію хлориду. Разом з тим природний бішофіт не є абсолютно чистим MgCl₂·6H₂O. Залежно від родовища та умов видобування він може містити сполуки Кальцію, Феруму, Мангану, Силіцію, Алюмінію, Титану, Купруму, Барію, Бору та інших елементів. Саме ці компоненти визначають складність одержання високочистого MgO, призначеного для медичного використання.
Дані літератури показують, що склад бішофіту залежить від конкретного родовища. Для природного бішофіту Полтавського родовища в одному з досліджень використовували розчин, отриманий шляхом розчинення природного MgCl₂·6H₂O. Окрім магній хлориду, у вихідній сировині були виявлені MgCO₃ та Br⁻, а сумарний вміст Fe, Mn, Si, Al, Ti, Cu, Ba, B, Au і Ca становив менше 0,0185 % [3]. Для іншого дослідженого природного бішофіту характерними розчинними домішками були NaCl, KCl і CaSO₄; також були визначені слідові кількості As, B₂O₃ та Pb. Це показує, що навіть за високої частки MgCl₂·6H₂O у сировині питання контролю токсикологічно значущих елементів залишається принциповим для медичного застосування. З технологічної точки зору домішки природного бішофіту доцільно розділити на кілька груп.
NaCl і KCl є найбільш типовими розчинними домішками бішофіту. Вони можуть потрапляти до розчину разом з MgCl₂ при розчиненні та концентруватися під час випарювання. Особливо небажаним є накопичення іонів Na⁺ та K⁺ на стадії отримання осаду Mg(OH)₂. Якщо очищення здійснюється без достатнього відмивання осаду, залишки розчинних солей можуть залишатися в ньому й після сушіння. Під час подальшого прожарювання ці компоненти вже не обов'язково видаляються та можуть збільшувати зольну або неосновну складову кінцевого MgO. Тому іони Na⁺ і K⁺ потрібно розглядати як домішки, які передусім контролюються на стадіях розчинення, осадження та промивання.
Кальцій є однією з найбільш важливих супутніх домішок, оскільки його сполуки можуть мати близькі до магнієвих умов осадження. У природному бішофіті кальцій може знаходитися, зокрема, у формі CaCl₂ або CaSO₄. Особливо небезпечним з технологічної точки зору є CaSO₄, оскільки його розчинність обмежена. Він може утворювати нерозчинний залишок, який необхідно вилучити ще до основної стадії отримання магнієвої сполуки. Під час осадження Mg(OH)₂ кальцієві домішки можуть залишатися у маточному розчині у вигляді розчинних солей, але за певних умов частина кальцію може співосаджуватися або механічно захоплюватися осадом. Це обумовлює необхідність контролю іонів Ca2+ у проміжному продукті [4].
Сульфатні домішки можуть надходити до бішофіту у вигляді MgSO₄ або CaSO₄. Їх наявність важлива не тільки через зниження хімічної чистоти, а й через можливість утворення малорозчинних сполук під час зміни складу розчину. На стадії підготовки сировини сульфати доцільно вилучати разом із нерозчинними та слабкорозчинними компонентами, оскільки їх присутність у маточному розчині ускладнює подальше очищення системи.
Для природного бішофіту характерна наявність іонів Br⁻; для Полтавського бішофіту в одному з досліджень наведено концентрацію броміду 0,16 г/дм³ [1]. Бромід-іони є важливою домішкою саме тому, що вони є добре розчинними і не видаляється простим фільтруванням. За умови використання бішофіту як сировини для фармацевтичного продукту необхідно встановити його поведінку на всіх стадіях технологічного процесу та контролювати його залишковий вміст у готовому MgO.
Fe, Mn, Cu та Ti належать до домішок, які навіть у невеликих концентраціях можуть погіршувати якість MgO. Зокрема, сполуки Феруму можуть бути причиною зміни кольору продукту від білого до кремового або сіруватого. Крім естетичних характеристик, присутність перехідних металів важлива з погляду фармацевтичної якості. Елементні домішки у лікарських речовинах розглядаються як критичні показники якості та безпеки [5].
Сполуки Силіцію, Алюмінію та частково Феруму можуть бути пов'язані з тонкодисперсними мінеральними частинками, які потрапляють до природного розсолу або кристалічного бішофіту. Наявність SiO₂ та алюмосилікатних частинок є особливо несприятливою при одержанні білого високочистого MgO, оскільки ці компоненти не переходять у розчин у такій самій формі, як MgCl₂, і можуть залишатися в осаді або концентруватися у твердому продукті. Тому першим етапом очищення має бути видалення механічних та нерозчинних домішок.
Мікродомішки B, Pb, As та інших елементів можуть бути присутні у дуже низьких концентраціях. Проте саме ця група є критичною для медичного застосування. У дослідженні очищення бішофіту було показано наявність As і Pb на слідових рівнях, що ілюструє необхідність аналітичного контролю. Згідно з сучасним фармацевтичним підходом, сам факт низької концентрації домішки не означає автоматичної безпеки. Елементні домішки мають оцінюватися залежно від рівня експозиції та призначення готового продукту. Вимоги до конкретного фармацевтичного продукту залежать від відповідної монографії та сфери застосування [6].
Головною проблемою використання природного бішофіту для одержання медичного MgO є змінність його складу. Навіть за високого вмісту MgCl₂ концентрації супутніх компонентів можуть відрізнятися залежно від родовища, горизонту, свердловини та партії сировини. Іншою проблемою є видалення розчинних домішок. NaCl і KCl не можуть бути ефективно вилучені лише механічною фільтрацією, тому необхідні операції селективного розділення та промивання. Третьою проблемою є контроль іонів Ca2+ та сульфатів, які можуть утворювати малорозчинні сполуки. Четверта проблема пов'язана з мікродомішками токсичних елементів. Навіть якщо вони не впливають істотно на технологічний вихід MgO, їхня наявність може бути критичною для фармацевтичного застосування. Тому кінцеве рішення про придатність отриманого матеріалу для медицини має ґрунтуватися не на загальному показнику «чистоти MgO», а на сукупності фармакопейних критеріїв [7].
Таким чином, природний бішофіт є перспективною сировиною для одержання магній оксиду завдяки високому вмісту MgCl₂·6H₂O та доступності родовищ в Україні. Український бішофіт, зокрема бішофіт Полтавського регіону, характеризується достатньо високою концентрацією магнієвого компонента, однак містить комплекс супутніх речовин, які необхідно видалити перед одержанням MgO фармацевтичної якості.
Основними домішками, здатними впливати на чистоту кінцевого продукту, є NaCl і KCl, сульфати, броміди, сполуки Ca, Fe, Mn, Si, Al, Cu, Ti, а також слідові кількості B, Pb, As та інших елементів. Найбільшу технологічну проблему становлять розчинні солі та елементні домішки, які не можуть бути повністю видалені простим фільтруванням [8].
Найбільш обґрунтованою технологією є попереднє розчинення бішофіту, механічне та хімічне очищення розчину, осадження Mg(OH)₂, його ретельне промивання та подальше прожарювання [9]:
MgCl₂·6H₂O → Mg²⁺ + 2Cl⁻ + 6H₂O
Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓
Mg(OH)₂ → MgO + H₂O.
Використання проміжної стадії отримання Mg(OH)₂ створює можливість ефективніше відокремити магнієву складову від більшості супутніх солей та отримати MgO з високою хімічною чистотою.
Для медичного застосування необхідно забезпечити не лише високий сумарний вміст MgO, а й контроль конкретних критичних домішок відповідно до чинних фармакопейних вимог: для MgO після прожарювання вміст основної речовини на рівні 96,0–100,5 %, а елементні домішки підлягають окремому контролю.
Отже, подальші дослідження доцільно спрямувати на встановлення фактичного хімічного та мінералогічного складу конкретного бішофіту, визначення коефіцієнтів переходу окремих домішок на стадіях осадження та прожарювання, оптимізацію режиму промивання Mg(OH)₂ і встановлення взаємозв'язку між температурою прожарювання та фізико-хімічними властивостями отриманого MgO. Це дозволить перейти від лабораторної схеми до керованої технології одержання магній оксиду заданої фармацевтичної якості.
Список літератури:
1. Mironyuk I. F., Gun’ko V. M., Povazhnyak M. O., Zarko V. I., Chelyadin V. M., Leboda R., Skubiszewska-Zięba J., Janusz W. Magnesia formed on calcination of Mg(OH)₂ prepared from natural bischofite. Applied Surface Science. 2006. Vol. 252, No. 12. P. 4071–4082.
2. Omelchenko N., Dmytrenko V., Lysenko N., Brailko A., Martosenko M. Development of composition formulations, based on natural bischofite, to protect wood from fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 5, No. 10 (101). P. 31–41.
3. Liu W., Xu H., Shi X., Yang X., Wang X. Improved lime method to prepare high-purity magnesium hydroxide and light magnesia from bischofite. JOM. 2019. Vol. 71, No. 12. P. 4674–4680.
4. Zhang H., Cao T., Cheng Y. Synthesis of nanostructured MgO powders with photoluminescence by plasma-intensified pyrohydrolysis process of bischofite from brine. Green Processing and Synthesis. 2014. Vol. 3, No. 3. P. 215–222.
5. Li P., Liu B., Lai X., Liu W., Gao L., Tang Z. Thermal decomposition mechanism and pyrolysis products of waste bischofite calcined at high temperature. Thermochimica Acta. 2022. Vol. 710. 179164.
6. Xu H., Dong H., Zhao L., Cheng D. Exergy analysis and modeling of pilot-scale pyrolysis for magnesium oxide preparation from salt lake bischofite industrial waste. ACS Omega. 2023. Vol. 8, No. 49. P. 47153–47162.
7. Xu H., Dong H., Zhao L., Cheng D. Study on thermal decomposition behavior and kinetics of industrial waste bischofite. Journal of Northeastern University (Natural Science). 2025. Vol. 46, No. 3. P. 52–59.
8. Liu Q., Zhang Y., Yue Y., Zhong H., Zhou K., Du Y., Yu J. Preparation of high-purity magnesia spinel refractory raw materials with spinel-wrapped periclase structures using bischofite from salt lake. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2024. Vol. 12, No. 6. 114149.
9. Mori H., Tack J., Suzuki H. Magnesium oxide in constipation. Nutrients. 2021. Vol. 13, No. 2. 421.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter