Рідкий бішофіт бере свій початок у надрах землі, сформованих понад 200 мільйонів років тому, коли на місці сучасних континентів плескалися мілководні моря пермського та тріасового періодів. У жаркому й посушливому кліматі тієї епохи вода активно випаровувалася, а розчинені солі випадали у суворо визначеному порядку: спершу кальцій та натрій, далі калій, і лише наприкінці — магній. Саме в цій останній хвилі осадження, коли солоність розсолу сягала екстремальних значень, утворювалися тонкі, але чисті горизонти магнієвих солей, знаних сьогодні як бішофіт.

Ключовою умовою збереження цих пластів було швидке перекриття їх осадовими породами—глинистими сланцями та вапняками. Такий «консерваційний ковпак» захищав від розчинення й перемішування з іншими шарами, тому магнієві лінзи лишилися практично недоторканими. Згодом тектонічні зрушення підняли соляні поклади ближче до поверхні, сформувавши куполи й штоки, які ми нині розвідуємо буровими свердловинами. У Полтавській, Чернігівській та Сумській областях України ці структури сягають десятків метрів завтовшки, забезпечуючи стабільну концентрацію MgCl₂ · 6H₂O, необхідну для отримання високоякісного концентрату.

Коли людство відкрило бішофіт

Письмові сліди про «гірку сіль», що не нагадувала ані кухонний, ані глауберовий хлорид натрію, зустрічаються ще у трактатах середньовічних алхіміків Центральної Європи. Вони описували дрібні кристали, що зволожувалися на повітрі й лишали різкий солонувато-гіркий присмак, проте не розуміли їхньої природи. Лише у 1823 р. німецький геолог Карл Ґустав Бішоф у межах досліджень штасфуртських калійно-соляних родовищ виділив специфічну фракцію магнієвих солей і зафіксував її склад як MgCl₂ · 6H₂O. За подальші десять років мінерал отримав назву «бішофіт» на честь ученого, а сам термін увійшов до мінералогічних каталогів.

Справжній науковий інтерес розгорнувся після 1861 р., коли гірники штасфуртського басейну, просуваючи горизонтальну виробку, натрапили на пласт, що при висиханні утворював рідину з високим умістом магнію. З цього моменту з’явилися лабораторні публікації про розчинну форму мінералу, його гігроскопічність і перспективи використання у хімічній промисловості. Наприкінці ХІХ ст. бішофіт почали експортувати до Англії для виробництва вогнетривких складів, а у прусських медичних журналах з’явилися перші рецепти компресів для суглобів — так зароджувалося клінічне застосування.

Отже, шлях бішофіту від загадкового «гіркого кристалу» до визнаного мінералу зайняв менш ніж століття, але саме ці перші згадки заклали підвалини для подальших технологічних і медичних відкриттів, що сформували сучасне розуміння магнієвого концентрату.

Хімічний склад породи

Основу бішофітового пласту становить гексагідрат хлориду магнію — MgCl₂·6H₂O, частка якого у високоякісних родовищах сягає 92-96 % маси сухого залишку. Саме цей кристалічний комплекс забезпечує високу розчинність і здатність формувати концентровані розсолові фази без випадіння осаду. Решта 4-8 % припадає на супутні солі, що осідали наприкінці евапораційної послідовності: хлориди калію (KCl ≤ 1,5 %), кальцію (CaCl₂ ≤ 1 %), а також сліди карналліту (KCl·MgCl₂·6H₂O) і сільвіну (KCl). У порівнянні з калійними або натрієвими пластами, частка сульфатів тут мінімальна, що полегшує очищення концентрату від гіркополинних домішок.

Особливу цінність надають мікроелементи, зафіксовані у сотих або тисячних частках процента. Серед них найстабільніше присутні бром (до 35 мг/л у розсолі), йод (до 2 мг/л) та стронцій (≈ 0,1 %). Ферум і марганець перебувають переважно у двовалентній формі, кожен нижче 0,02 %, що відповідає вимогам фізіотерапевтичної та фармацевтичної промисловості щодо відсутності забарвлення й окислювальної активності. Концентрації важких металів — свинцю, кадмію та ртуті — зазвичай нижчі за 0,0001 %, адже у надсолоних умовах вони майже не ко-кристалізуються з магнієвими солями.

Стехіометричний баланс і низький рівень паразитних іонів роблять бішофіт ефективною сировиною: при розчиненні у воді він дає стабільний розчин із масовою часткою MgCl₂ 20-26 % та рН 6,5-7,5 без додаткового коригування, що суттєво спрощує подальше концентрування або внесення хелатних добавок. Саме така хімічна чистота, сформована природними процесами, відрізняє рідкий бішофіт від штучно отриманих магнієвих сполук і забезпечує його конкурентоспроможність на світовому ринку магнію.

Промислова революція й попит на магній

Друга половина XIX століття ознаменувалася бурхливим розширенням металургії, хімічної промисловості та машинобудування, і саме тоді магній уперше вийшов за межі лабораторій. До 1850-х його отримували штучно у грамах, але винайдення процесу Бунзена (електроліз розсолів MgCl₂) різко здешевило метал. Оскільки природним джерелом хлориду магнію в Європі був передусім бішофіт зі штасфуртських шахт, попит на мінерал зріс удвічі всього за одне десятиліття.

Найактивніше нову сировину використовували ливарні та сталеливарні заводи: магній слугував легувальним елементом для полегшення сплавів і як рафінуючий агент, що зв’язував кисень і сірку. Паралельно розвивалися виробництва вогнетривких цеглин і цементів на основі магнезиту — для них розсоловий бішофіт став дешевою добавкою, яка пришвидшувала тужавлення. Хімічні комбінати ж оцінювали MgCl₂ як джерело хлору та магнію для добрив, протипожежних просочень і текстильної апретури.

На межі століть річний обсяг видобутку бішофіту в Німеччині перевищив 100 тис. тонн, а перші розвідувальні роботи в Російській імперії (майбутня Україна) виявили схожі за якістю пласти Полтавщини. Це стимулювало появу свердловинного способу відбору розсолу: замість трудомісткого ручного видобутку магнезитових пластів шахтарі бурили отвори, закачували прісну воду, а на поверхню піднімали концентрат, готовий до випарювання. Метод економив до 40 % енерговитрат і мінімізував втрати солі, що зробило бішофіт конкурентним у порівнянні з морськими розсолами.

Сучасні технології очищення та концентрування розчину

Промислове виробництво рідкого бішофіту сьогодні базується на свердловинному відборі розсолів із глибин 1,2–1,8 км, після чого сировина проходить багаторівневу систему очищення. На першому етапі застосовують плаваючі фільтри-грубі затримувачі (0,5–1 мм), що відсікають глину й піщані включення. Далі розчин прямує до напірних пісковідцентрових гідроциклонів, де інерційним шляхом видаляють залишкові тверді частинки >10 µм.

Ключовою ланкою процесу стала вакуум-випарювальна установка з багатоходовим теплообміном: при тиску 40–60 кПа температура кипіння падає до 45–50 °С, що мінімізує деградацію кристалогідрату та скорочує енергоспоживання на 30 %. Конденсат пари повертають як зворотну промивну воду, забезпечуючи замкнений цикл. Для доведення концентрації MgCl₂ до 24–25 % мас. без кристалізації побічних солей застосовують двоступеневий метод: уперше зупиняють випар на 18–19 %, потім після фільтрації на поліпропіленових касетах підвищують до цільової величини.

Очищення від катіонів кальцію та важких металів здійснюється через низькошвидкісні іонообмінні колони, заряджені сильнокислотними сульфо-катіонітами у Na-формі; ресурс сорбенту становить 8–10 куб. м розсолу на літр смоли. Фінальна шліфувальна стадія — нанофільтрація (молекулярна маса відсічення ≈ 200 Да), що знижує вміст сульфат-іонів до < 20 мг/л і бора — до < 0,5 мг/л, доводячи показники до фармакопейного рівня.

Усі операції автоматизовані під SCADA-системою: датчики провідності, pH і оптичної мутності реєструють відхилення в режимі реального часу, дозволяючи негайно коригувати температуру вакуум-камер або швидкість промивки смол. У результаті виходить стабільний, мікробіологічно чистий концентрат зі строком придатності не менше трьох років, придатний як для фармацевтики, так і для виробництва магнієвих реагентів високої чистоти.

Роль українських родовищ у світовому балансі магнію

Поклади бішофіту Полтавської, Сумської та Чернігівської областей вважаються одними з найбільших континентальних резервуарів хлориду магнію у Європі. За оцінками Державної служби геології та надр, підтверджені запаси становлять близько 4,5 млрд т розсолу із середньою часткою MgCl₂ 24 %. Це дає Україні потенціал щорічно постачати до 300 тис. т концентрату без загрози виснаження пластів упродовж півстоліття.

На світовому ринку магнію домінує азійський сегмент, де Китай забезпечує понад 80 % первинного металу. Проте для хлоридної сировини ситуація інша: європейські споживачі прагнуть скоротити логістичні ризики та вуглецевий слід поставок. У 2024 р. український бішофіт закрив понад 12 % потреб країн ЄС у високоякісному MgCl₂, обійшовши нідерландські проекти з переробки морської води. Ключовими імпортерами лишаються Польща, Німеччина та Чехія, які використовують концентрат у виробництві вогнетривких матеріалів, дорожніх реагентів та фармацевтичних форм.

Внутрішній ринок споживає приблизно третину видобутку: тут він іде у складання мінеральних добрив, солерозчинів для нафтогазових свердловин і магнієвих добавок у харчовій промисловості. Після модернізації випарних блоків на Глобинському та Диканському підприємствах енергоємність виробництва знизилася на 28 %, що зробило експортні ціни конкурентними навіть під час пікових коливань електроенергії.