زئولیت

زئوليت مصنوعي :

اكنون انواع مختلفي از زئوليت هاي مصنوعي در جهان وجود دارد كه بوسيله فرايند سرد شدن( متبلور شدن) آهسته ژل سيليكات آلومينيوم با منشاء آلكالين يا آلي بوجود مي آيند.يكي از پروسه هاي مهم تشكيل اين زئوليت ها رسوب زئوليت سنتتيك از پروژه سل-ژل مي باشد . زئوليت  مصنوعي از ژلاتين سيليكات آلومينيوم و هيدروكسيد سديم از درجه حرارت 25 تا 175 درجه سانتيگراد ساخته مي شود.

ابتدا Al₂O₃.3H₂O را در محلول داغ NaOH حل و سپس با سيليكات سديم (Na₂SiO₃) مخلوط  مي نمايند. مخلوط حاصل به مخازن ويژه تشكيل ژل منتقل مي شود. بلورهاي زئوليت در دماي حدود 94 درجه سانتيگراد از محلول ژل شروع به تبلور مي نمايند.

با كنترل PH سيستم، پيش واكنش ها، مدت زمان انجام واكنش، Seeding و مدت قرار گيري مواد در ظرف واكنش و چگونگي واكنش سل-ژل انواع مختلفي از اين نوع زئوليت ساخته و توليد مي شود .

يكي ديگر از روشهاي توليد زئوليت  مصنوعي آلتراسيون كائولن است ابتدا  كائولن حرارت داده  مي شود تا به   متا كائولن تبديل شود بعد آن را كلسينه نموده و سپس با استفاده از محلول اسيدي مقداري از سيليس آن را آزاد نموده و محصول را با NaOH شستشو مي دهند.

 بيش از 150 گونه زئوليت  مصنوعي وجود دارد كه معمولترين آنها تيپهاي A ,X,Y, ZMS-5  مي باشند

 روشهاي شناخت زئوليت ها از ساير كاني ها :

ساختار متخلخل بصورت حفرات تك بعدي، خاصيت جايگزيني يوني، توانايي افزايش اسيديته داخلي ، مقاومت حرارتي بالا و در نهايت فضاي داخلي بلند ( زياد)

موارد مصرف زئوليت ها

الك مولكولي: اين گروه از كاني به دليل وجود حفرات ، كانالها و غارهاي كوچك موجود در ساختارشان  مي توانند به عنوان الك مولكولي استفاده شوند. از كاربردهاي زئوليت ها ، استفاده از آنها به عنوان  منتقل كننده ي مواد سمي است . زئوليت داراي پتانسيل جلوگيري كردن دقيق و تفكيك گازها شامل آبSo₂ ,Co₂،  است. اين گروه همچنين مي توانند سم را در محلهايي ديگر تحويل دهند. دليل اين خاصيت نيز وجود كانالهاي مذكور در ساختار زئوليت هاست. يكي ديگر از تفكيك ها شامل گازهاي نجيب ، نيتروژن، فرئون و فرم آلدئيدهاست.

تصفيه ي آب: يكي از بيشترين كاربردهاي زئوليت ها در صنايع تصفيه ي آب است از اين گروه كانيها براي سبك كردن آب استفاده مي شود . سديم موجود در ساختار اين كانيها با كلسيم موجود در

آب كه باعث سنگيني آن مي شود جايگزين مي شود و بدين ترتيب آب سبك مي شود علاوه بر اين وجود كلسيم در آب ، آن را مستعد تشكيل لجن مي كند بنابراين خروج كلسيم از آب بسيار مفيد و تا حدودي ضروري است . نكته جالب اين است كه زئوليت ها مي توانند تا 25% وزنشان

   آب جــذب كنند بنابـراين در صنعـت  خشك كردن نيز كاربرد دارند.

كشاورزي: در اين صنعت كلينوپتيلوليت( يك زئوليت طبيعي) براي معالجه و ترميم خاك استفاده مي شود اين كاني كم كم مقدار پتاسيم خاك را افزايش مي دهد اگر قبل از اضافه شدن به خاك با مقداري آمونيم نيز مخلوط شده باشد مي تواند مقداري نيتروژن را نيز به همراه پتاسيم و با همان روند به خاك اضافه كند.

پزشكي: از نحوه قرارگرفتن اكسيژن در ساختار زئوليت ها ميتوان به نحو گسترده اي در صنعت توليد اكسيژن پزشكي استفاده كرد . زئوليت با كمك گرفتن از خاصيت الك مولكولي اكسيژن هوا را در صورتيكه به شدت توسط نيتروژن جذب شده است، خارج مي كند.

گرما و سرمايش: زئوليت مي تواند به عنوان جاذب حرارت خورشيد و توليد برودت از طريق جذب سطحي بكار رود. اين كاني داراي توانايي جذب و دفع آب به دفعات و بدون صدمه خوردن به ساختارش مي باشد. واكنش نم كشيدن زمانيكه زئوليت از حالت دهيدراته به هيدراته تبديل  مي شود يك واكنش گرمازاست

 پودر: يكي از بيشترين مصارف زئوليت هاي مصنوعي در صنعت ساخت پودر در سراسر جهان است. در اين جا زئوليت ها، فسفات موجود در آب را ميگيرند و باعث سبكتر شدن آب مي شوند علاوه بر اين در اين فرايند سديم و پتاسيم موجود در زئوليت ها نيز جايگزين كلسيم و منيزيم موجود در آب مي شود.

ساخت و ساز: زئوليت هاي مصنوعي همچنين در صنعت ساختمان سازي بعنوان ماده افزودني در پروژه هاي توليد مخلوط بتون آسفالتي گرم استفاده مي شوند. دليل استفاده از زئوليت ها در اين پروژه ها كاهش حرارت در طول فرآوري و قراردادن بتن آسفالتي در محيط مورد نظر است. در نتيجه مصرف زئوليت هاي مصنوعي نقطه ذوب پايين مي آيد و به همين دليل مقدار سوخت فسيلي كمتري احتياج است و از طرف ديگر مقدار كمتري دي اكسيد كربن نيز در هوا آزاد مي شود.

سنگهاي قيمتي ( جواهرات) : تامسونيت به عنوان سنگ قيمتي در امتداد جريان هاي گدازه هاي بازالتي درياچه سوپريور در مينسوتا جمع آوري مي شود. ندول هاي تامسانويت داراي حلقه هاي متحد المركز هستند كه بر اساس تركيبشان داراي رنگهاي متفاوتي هستند . بعضي از ندول هاي اين كاني داراي انكلوزيون هاي مس هستند و بسيار به ندرت اين انكلوزيون ها بصورت چشمي ديده مي شوند. در اين صورت وقتي كه سنگ صيقل داده مي شود اين ذرات بصورت چشم گربه ديده مي شوند.

كاتاليزور : زئوليت ها  همچنين مي توانند كاتاليزور اسيدي باشند و به عنوان پشتيباني كننده ي فلزات فعال و يا معرف ها باشند. نكته مهم در اين فرايند توسط زئوليت ها كاتاليز كردن توسط جابه جايي هيدروژن مي باشد در اين فرايند ساختار پروتون ها تا مقدار اسيديته بالا افزايش مي يابد. اين اتفاق در بسياري از واكنشهاي آلي رخ مي دهد كه شامل شكستن نفت خام نيز مي شود. از اين خاصيت زئوليت ها در صنعت پالايش نفت خام ، توليد Synfuels و توليدات شيميايي نفت استفاده مي شود. در طي كاتاليز كردن زئوليت مولكولها را در فضاهاي محدود كوچك خود قرار مي دهد و بدين صورت باعث تغيير در واكنش پذيري و ساختارشان مي شود.

آيا مي توان زئوليت ها را چندين بار استفاده كرد؟

با استفاده از متد هاي ساده اي همچون حرارت دادن براي خارج كردن مواد جذب شده  ، قرار دادن در مجاورت سديم و فشار دادن براي خروج گازهاي جذب شده مي توان بارها و بارها از اين كاني ها استفاده كرد.

 محيط هاي تشكيل زئوليت ها:

زئوليت ها طبيعي بيشتر در حفرات  و غارهاي سنگهاي آتشفشاني با درجه پايين دگرگوني، از واكنش سنگهاي آتشفشاني و دانه هاي خاكستر با آبهاي آلكالن تشكيل مي شوند. زئوليت ها همچنين در محيط پشت حوضه رسوبي نيز تشكيل مي شوند. البته لازم به ذكر است كه مدت زمان تشكيل زئوليت ها در حوضه هاي تالابي هزاران تا ميليون ها سال به طول مي انجامد.

چگونگي برداشت زئوليت ها:

تكنيك معمول برداشت روباز براي معادن زئوليت استفاده مي شود. روبار براي رسيدن به كاني جا به جا     مي شود كه اين جا به جايي توسط لودر و ساير ماشين آلات انجام مي شود. در حين انجام اين مرحله  كاني ها خراش برمي دارند و حتي گاهي خرد و شكسته مي شوند. اين كاني ها توسط نوار نقاله به كارخانه فرآوري برده و در آنجا آسياب مي شوند سپس اين كانيهاي خرد شده به كمك جريان باد و بر اساس اندازه تفكيك و در كيسه هاي مختلفي ريخته مي شوند.

هيولانديت:

هيولانديت نام يك سري از تكتوسيليكات از گروه زئوليت ها است. از ميان انواع هيولانديتها نوع كلسيم داراي فراواني بيشتري است و اصطلاحاً معمولترين مي باشد. درانواع مختلف هيولانديت  معمولاً مقداري سديم و پتاسيم جايگزين كلسيم مي شوند و استرانسيوم در نوع هيولانديت Sr .

سيستم تبلور هيولانديت ،منوكلينيك و شكل بلورها تابوتي شكل ميباشد. اما گاهي بلورها بصورت تك هرمي نيز ديده مي شوند. در نهايت لايه نازكي از بلورها فقط در انتهاي يك هرم واضح تشكيل مي شود و بلوري مي سازند كه شبيه به گوه است. هيولانديت داراي كليواژ دوگانه خوبي است كه داراي تقارن نيز مي باشد. هيولانديت داراي جلاي شيشه اي در يك طرف و جلاي مرواريدي در سمت ديگر است .معمولاً بي رنگ يا سفيد است اما مي تواند نارنجي، قهوه اي، زرد مايل به قرمز يا سبز باشد كه مربوط به انكلوزيون كلادونيت مي باشد. هيولانديت شفاف تا نيمه شفاف است و نوع ايزومرف آن داراي كاتيون هاي باريم واسترانسيوم  مي باشد. سختي آن در مقياس موهس 4-3 و وزن مخصوصش 2/2 است. هيولانديت شبيه استيلبيت است.

هيولانديت همراه با ساير زئوليت ها و استيلبيت در غارهاي آميگدوليتي سنگهاي آذرين بازالتي، گنايس و رگه هاي ئيدروترمال يافت مي شود.

بهترين مكانهايي كه اين كاني يافت و ديده مي شود در بازالتهاي بروف جورد در نزديكي دي جيوپيوگر در ايسلند و  فارئو ايسلندز،  تله دسن در كوه هاي سهيادري نزديك بمبئي است. گونه اي ديگر كه به نام بيامونتيت شناخته مي شود و بلورهايش به رنگ زرد ديده مي شود نيز در شيست هاي سينتتيك نزديك بالتيمور در مريلند ديده شده است .

شابازيت يك تكتوسيليكات از خانواده ي زئوليت ها به فرمول (Ca,Na₂,K₂,Mg)Al₂Si₄O₁₂.6H₂O

  مي باشد.شابازيت در سيستم تريگونال رده رمبوهدريك يا پزودوكوبيك متبلور مي شود

 بلورها بصورت تيپيك دوتايي هستند. اين كاني ميتواند بي رنگ، سفيد، نارنجي، قهوه اي ، صورتي، سبز يا زرد باشد و جلاي آن شيشه ايست . سختي  3تا5  و وزن مخصوص 2 الي 2/2 است. شابازيت همچنين با نام آكادياليت نيز شناخته مي شود كه يكي از گونه هاي ناشناخته تر گروه زئوليت هاست. شابازيت معمولاً در محيط هاي خالي و بادامكهاي سنگهاي بازالتي و آتشفشاني كه مقدار كمي هم دگرگون شده و در حال سنگ شدن هستند تشكيل مي شود. اين كاني همچنين در داخل و اطراف  چشمه هاي آبگرم تشكيل مي شود.

يك وزيكول مي تواند مثل يك ژئود باشد كه مي تواند مجموعه حيرت آوري از كاني ها  را در كنار هم داشته باشد. مخلوط كاني ها مي تواند شامل تركيبي از ناتروليت يا اسكولسيت روشن بصورت بلورهاي سوزني شكل نازك، بلورهاي صورتي رنگ و خميده استيلبيت و بلوكها، مرواريدها و بلورهاي تابوتي شكل هيولانديت باشد كه در اين صورت پزودوشابازيت را مي سازند. گاهي شابازيت تشكيل دهنده اصلي وزيكول است كه در اين صورت يك شابازيت تقريباً خالص تشكيل مي شود.

ويژگي هاي فيزيكي شابازيت:

آنالسيت ـ آنالسيم :                                                                     

نام اين كاني از لغت Analkimos  در زبان يوناني و به معني ضعيف مشتق شده است. اين كاني از خانواده تكتوسيليكات هاست رنگش سفيد ، خاكستري يا بي رنگ است . آنالسيت سيليكات سديم آلومينيوم آبدار است  كه در سيستم كوبيك متبلور مي شود و فرمول شيميايي آن NaAlSi₂O₆ H₂O مي باشد.   مقدار كمي پتاسيم و كلسيم و به ندرت  نقره نيز مي توانند جايگزين سديم شوند.

آنالسيت معمولاً در گروه زئوليت ها  طبقه بندي مي شود اما ساختار و رفتار شيميايي اش بيشتر شبيه به فلدسپاتوئيدهاست . اين كاني بصورت اوليه در بازالت آنالسيتي و ساير سنگهاي قليايي آذرين وجود دارد همچنين بصورت ثانويه نيز در حفرات و وزيكولها به همراه پرهنيت، كلسيت و ساير زئوليت ها يافت مي شود.

از جمله مكان هاي حضور اين كاني مي توان جزيره سيكلوپين در شرق سيسيل ، حوالي ترنتينو در شمال ايتاليا، ويكتوريا در استراليا، جزيره كرگون در اقيانوس هند ، درياچه سوپريور ، همراه كاني هاي مس در ميشيگان ، برگن هيل ، نيوجرسي را نام برد.

ويژگيهاي فيزيكي آنالسيت:

تامسونيت يك كاني نيمه شفاف داراي جلاي مرواريدي تا نيمه شيشه اي است . فرمول شيميايي اين كاني عبارت است از:

NaCa₂(Al,Si)₅O₁₀.6H₂O

سيستم تبلور اين كاني ارترومبيك و داراي بلورهاي رشته اي است. از ناتروليت بواسطه برجستگي  ضعيف تر و زاويه 2V بيشتر مشخص مي شود.

 در تامسونيت ها  كانيها و عناصر تشكيل دهنده بصورت دواير متحدالمركز فشرده قرار مي گيرند. اما بعضي اوقات اين كاني داراي بافت توده اي نيز مي باشد. رنگهاي معمول دواير عبارتند از: صورتي مايل به زرد، قرمز، قهوه اي، بنفش، سبز ، برنزي، سياه و سفيد

گاهي تامسونيت داراي نماي چشم گربه اي است كه اين چشم ها در حقيقت فيبرهاي راديواكتيو است كه بصورت شبه كره اي فشرده قرار گرفته است. مثل ساير انواع زئوليت ها تامسونيت نيز داراي گونه هاي مختلف است.    

 نحوه ي پيدايش تامسونيت :

بصورت ثانوي در غارهاي سنگ هاي ديگر بويژه سنگهاي بازالتي ايجاد مي شود و بعد در اثر هوازدگي و فرسايش بصورت پبل هاي كوچكي از سنگ ميزبان جدا مي شود.

زئوليت در ايران:

در مناطق اشلق چاي و ني باغ (ميانه) ، سمنان ، طلحه    ( ورامين) ، رودهن، طالقان و قلعه عسگر ( كرمان)زئوليت عمدتاً در سنگهاي آتشفشاني گزارش شده است.