Цеоліти

Цеоліти — велика група мінералів, водні алюмосилікати кальцію і натрію, які заміщуються іноді K, Ba, Sr та ін. Під час нагрівання цеолітів вода виділяється поступово, без руйнування кристалічної решітки. Цеоліти — безбарвні або білого кольору, іноді забарвлені в жовтий, червоний колір, мають іонообмінні властивості. Штучні цеоліти — пермутити, застосовують для зм'якшення води, очищення жирів, масел, соків та ін. Назва — від грецьк. «зео» — закипаю і «літос» — камінь.

Цеоліт

Мікропориста молекулярна структура цеоліту, ZSM-5

Загальний опис

Загальна формула: M₂/nO•Al₂O₃•xSiO₂•yH₂O, де М — лужний або лужноземельний метал, n — ступінь його окиснення.

Загальними властивостями цеолітів є здатність при нагріванні виділяти т. зв. цеолітну воду без руйнування структури і здатність до катіонного обміну. Основу структури цеолітів становлять кільця з тетраедрів, утворених SiO₄^4-, AlO₄^5-, великі порожнини між якими з'єднані канальцями. Цеолітна вода міститься в порожнинах, а при нагріванні може бути втрачена через ці канали. При цьому об'єм мінералу не змінюється. Зневоднений цеоліт може знову поглинати воду.

Інша характерна властивість цеолітів, — катіонний обмін, — протікає шляхом дифузії катіонів, напр., катіони Са²⁺, Na⁺, які знаходяться в порожнинах і каналах цеолітів, можуть замінюватися K⁺, Mg²⁺, Fe²⁺. Вбирання (абсорбція) речовини цеолітами відбувається через канали або входи-вікна, які мають певні розміри. Проникнути через ці канали всередину цеоліту можуть тільки молекули величина яких менша діаметра каналу. Це обумовлює можливість застосування цеолітів як молекулярних сит. Відомо близько 50 мінеральних видів природних Ц. Це так звані киплячі камені. Найбільш поширені: кліноптилоліт, гейландит, натроліт, філіпсит, ломонтит, морденіт, шабазит, десмін, гармотом, фер'єрит, анальцим, еріоніт. Сингонія частіше моноклінна. Густина 2-2,5. Тв. 3-5. Безбарвні або білі. Утворюються при т-рах 250^оС і тискові 200—300 МПа в результаті гідротермальних, гідротермально-метасоматичних, діагенетичних і метаморфічних процесів у вулканічних (базальт-андезит-ріолітових) і вулканогенно-осадових породах. Часто Ц. утворюються також при автометасоматозі порід з нефеліном, лейцитом, вулканічним склом, польовими шпатами.

Найпоширеніші представники групи цеолітів:

• Натроліт
• Шабазит
• Гейландит
• Стильбіт (десмін)
• Морденіт
• Томсоніт
• Ломонтит

Різновиди

Розрізняють: Ц. волокнистий (зайва назва натроліту), Ц. волосистий (зайва назва натроліту), Ц. голчастий (зайва назва натроліту), Ц. жилкуватий (застаріла назва мезоліту), Ц. калієвий (зайва загальна назва філіпситу і паулінгіту), Ц. кубічний (застаріла загальна назва шабазиту й анальциму), Ц. листуватий (гейландит і десмін у вигляді листуватих мас з майже паралельним зростанням пластинок), Ц. міметичний (застаріла назва дакіардиту), Ц. мучнистий (зайва загальна назва мучнистих аґреґатів натроліту й мезоліту), Ц. пірамідальний (помилкова назва апофіліту), Ц. променистий (застаріла назва десміну), Ц. слюдяний (зайва назва цеофіліту), Ц. снопоподібний (десмін у вигляді снопоподібних аґреґатів, що зумовлені складною двійниковою будовою мінералу), Ц. таблитчастий (десмін у вигляді кристалів таблитчастого обрису), Ц. чорний (зайва назва ґадолініту).

Поширення

Родовища цеолітів у світі

Усього в світі відомо бл. 1000 крупних (з запасами понад 105 т) родовищ Ц. більш ніж в 40 країнах. Промислову цінність мають кліноптилоліт, морденіт, шабазит; перспективні також анальцим, філіпсит та ін. Ц. Родовища цеолітів відомі в Ісландії, Новій Зеландії, США, Японії, в Росії (на Камчатці), на Кавказі. Останнім часом відкрито промислові родовища цеолітових порід нового типу. Вони утворились в екзогенних умовах як результат перетворення вулканічних туфів і попелу давніх вулканів в морських умовах. Прикладом є родовища в США, Східній Африці, Японії, Україні (Закарпаття), Туркменістані тощо. Світові запаси цеолітової сировини — декілька десятків мільярдів тонн. Основні запаси (по 10-20 млрд т) — у США, Японії, біля Уралу та в районі прикаспійських хребтів. В Італії та Балканському регіоні — по 1-10 млрд т цеолітів.

Родовища цеолітів в Україні

Розвідані у Карпатській складчастій області, окремі поклади — у Кримській складчастій області. Загальні запаси цеолітвмісних туфів для відкритої розробки — 1 млрд т. Державним балансом враховано 2 родовища цеолітів у Закарпатській області.

Є також у Приазов'ї.

Штучні цеоліти

Освоєно виробництво штучних цеолітів, які використовують для очищення води, фарбування тощо. Але синтетичні цеоліти за деякими властивостями (стійкість до високих температур, дії кислот) значно поступаються перед природними. Штучно синтезовані цеоліти (пермутити) знаходять широке застосування у водоочисних установках як адсорбенти, йонообмінники, молекулярні сита; застосовують як донори і акцептори електронів.

Застосування

У промисловості застосовують виключно штучно синтезовані цеоліти (пермутити), вони знаходять широке застосування в водоочисних приладах, як адсорбенти, іонообмінники, молекулярні сита. Також цеоліти одержали досить широке застосування як каталізатори багатьох процесів нафтохімії та нафтопереробки.

Цеоліти використовуються як адсорбенти, йонообмінники, сита молекулярні, каталізатори, для одержання цементу тощо. Використовують цеоліт в найрізноманітніших галузях промисловості і сільського господарства, а саме: при крекінгу нафти для розділення газових сумішей; для осушення газів і очищення природних вод; у виробництві полімерів; у хімічній промисловості — для вилучення з повітря кисню і азоту, необхідних для виробництва аміаку і аміачної селітри, для вилучення ізотопів стронцію і цезію з відходів атомної промисловості і т.ін; в сільському господарстві та відновлювальному землеробстві — для підвищення родючості ґрунтів, затримки вологи, покращення екосистеми мікроорганізмів, збереження добрив від вимивання та адсорбції міді; як добавка у корм тваринам (забезпечує високий приріст молодняку, підвищує несучість курей) тощо. Цеоліти отримали досить широке застосування як каталізатори багатьох процесів нафтохімії і нафтопереробки і як гетерогенні каталізатори. У аналітичній хімії використовуються цеоліт-модифіковані електроди; для виявлення газів; для розділових і концентраційних методів.

В кисневих концентраторах медичних, використовується молекулярне сито, що затримує азот і пропускає кисень та аргон.

Див. також

• Список мінералів
• Цеолітизація

Джерела

• International Zeolite Association [Архівовано 30 жовтня 2012 у Wayback Machine.]
• Database of zeolite pore characterizations
• The Synthesis Commission of the International Zeolite Association
• Federation of European Zeolite Associations [Архівовано 24 жовтня 2012 у Wayback Machine.]
• British Zeolite Association [Архівовано 12 листопада 2012 у Wayback Machine.]
• Database of Zeolite Structures [Архівовано 1 листопада 2012 у Wayback Machine.]

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
• Лазаренко Є. К., Винар О. М. Мінералогічний словник, К.: Наукова думка. — 1975. — 774 с.
• Гончаров А. І., Корнілов М. Ю. Довідник з хімії. — К.: Вища школа, 1974.- 304 с.
• Гранульовані цеоліти X, Y та М і хроматографія газів-забрудників повітря : монографія / О. Банах, І. Жибак. - Київ, 2006. - 142 с.
• Нас єднала ідея наукового пошуку : до історії Львівської цеолітно-хроматографічної групи / Онуфрій Банах ; Наукове товариство ім. Т. Г. Шевченка. - Львів, 2014. - 212 с. : іл. - (Українознавча наукова бібліотека ; № 40)

Посилання

• Цеоліти природні [Архівовано 1 квітня 2016 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія
• Цеоліти // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.