الزيوليت من ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة الزيوليت (اليونانية ، زين ، "ليغلي" ؛ الليثوس ، "حجر") هي معادن سيليكات الألمنيوم ولها بنية مسامية (مسام أصغر من 2 نانومتر). المصطلح ….
إدخال الزيوليت
الزيوليت
من ويكيبيديا
الموسوعة الحرة الزيوليت (اليونانية ، زين ، "للغليان" ؛ الليثوس ، "الحجر") هي معادن سيليكات الألمنيوم ولها بنية مسامية (مسام أصغر من 2 نانومتر).
تمت صياغة مصطلح الزيوليت في الأصل في القرن الثامن عشر من قبل عالم المعادن السويدي أكسل فريدريك كرونستيد ، الذي لاحظ أنه عند تسخين معدن طبيعي بسرعة ، بدأت الحجارة في الرقص. وباستخدام الكلمات اليونانية التي تعني "الحجر الذي يغلي" ، أطلق على هذه المادة اسم الزيوليت. الأحجار "مغلية" لأن الماء الممتص داخل مسام الزيوليت كان مدفوعًا بالتسخين.
تم تحديد أكثر من 175 إطارًا فريدًا للزيوليت ، ومن المعروف أن 48 زيوليتًا طبيعيًا. الزيوليت لها بنية مسامية يمكنها استيعاب مجموعة متنوعة من الكاتيونات ، مثل Na + و K + و Ca2 + و Mg2 + وغيرها. يتم الاحتفاظ بهذه الأيونات الموجبة بشكل فضفاض ويمكن استبدالها بسهولة للآخرين في حل الاتصال. بعض الزيوليتات المعدنية الأكثر شيوعًا هي أنالسيم ، تشابازيت ، هولانديت ، ناتروليت ، فيليبسيت ، و stilbite. مثال على الصيغة المعدنية هي Na2Al2Si3O10-2H2O ، صيغة natrolite. تتشكل الزيوليت الطبيعي حيث تتفاعل الصخور البركانية وطبقات الرماد مع المياه الجوفية القلوية. تتبلور الزيوليت أيضًا في بيئات ما بعد الترسيب على مدى فترات تتراوح من آلاف إلى ملايين السنين في الأحواض البحرية الضحلة.
نادرًا ما تكون الزيوليت الطبيعي نقيًا وملوثًا بدرجات متفاوتة بمعادن أو معادن أو كوارتز أو زيوليت أخرى. لهذا السبب ، يتم استبعاد الزيوليت الموجود بشكل طبيعي من العديد من التطبيقات التجارية المهمة حيث يكون التوحيد والنقاء ضروريين.
الزيوليت هي أعضاء ألومينوسيليكات من عائلة المواد الصلبة التي يسهل اختراقها والمعروفة باسم "المناخل الجزيئية". يشير مصطلح المنخل الجزيئي إلى خاصية معينة لهذه المواد ، أي القدرة على فرز الجزيئات بشكل انتقائي بناءً على عملية استبعاد الحجم. هذا يرجع إلى بنية المسام المنتظمة للغاية ذات الأبعاد الجزيئية. يتم التحكم في الحجم الأقصى للأنواع الجزيئية أو الأيونية التي يمكن أن تدخل مسام الزيوليت بواسطة أبعاد القنوات. يتم تعريفها تقليديًا من خلال حجم حلقة الفتحة ، حيث يشير المصطلح "8-ring" ، على سبيل المثال ، إلى حلقة مغلقة تتكون من 8 ذرات سيليكون (أو ألومنيوم) منسقة رباعي السطوح و 8 ذرات أكسجين. هذه الحلقات ليست دائمًا متناظرة تمامًا بسبب مجموعة متنوعة من التأثيرات ، بما في ذلك الإجهاد الناجم عن الترابط بين الوحدات اللازمة لإنتاج الهيكل العام أو التنسيق لبعض ذرات الأكسجين في الحلقات إلى الكاتيونات داخل الهيكل. لذلك ، فإن المسام في العديد من الزيوليت ليست أسطوانية.
مصادر
تُستخدم تقنيات التعدين المكشوف التقليدية في أركنساس لتعدين الزيوليت الطبيعي. تتم إزالة الأغشية للسماح بالوصول إلى الخام. يمكن تفجير الخام أو تجريده من أجل المعالجة باستخدام جرارات مجهزة بشفرات كسارة ولوادر أمامية. في المعالجة ، يتم سحق الخام وتجفيفه وطحنه. يمكن تصنيف الخام المطحون في الهواء حسب حجم الجسيمات وشحنه في أكياس أو سائبة. قد يتم غربلة المنتج المسحوق لإزالة المواد الدقيقة عندما يكون المنتج الحبيبي مطلوبًا ، ويتم إنتاج بعض المنتجات المحببة من مادة دقيقة. قد يقوم المنتجون أيضًا بتعديل خصائص الزيوليت أو مزج منتجات الزيوليت مع مواد أخرى قبل البيع لتحسين أدائهم.
حاليًا ، يبلغ الإنتاج العالمي السنوي من الزيوليت الطبيعي حوالي 4 ملايين طن. من هذه الكمية ، يتم شحن 2.6 مليون طن إلى الأسواق الصينية لاستخدامها في صناعة الخرسانة. تعتبر أوروبا الشرقية وأوروبا الغربية وأستراليا وآسيا من رواد العالم في تلبية الطلب العالمي على الزيوليت الطبيعي. بالمقارنة ، يتم إنتاج 57400 طن متري فقط (المصدر: هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، 2004) من الزيوليت (11 تيرا بايت فقط من الإنتاج العالمي الحالي) في أمريكا الشمالية ؛ في الآونة الأخيرة فقط أدركت أمريكا الشمالية إمكانات الأسواق الحالية والمستقبلية.
هناك عدة أنواع من الزيوليت الاصطناعي التي تتشكل من خلال عملية التبلور البطيء لجيل السيليكا والألومينا في وجود القلويات والقوالب العضوية. تعتبر معالجة محلول سول-جل إحدى العمليات الهامة المستخدمة في تصنيع الزيوليت. تعتمد خصائص المنتج على تركيبة خليط التفاعل ، ودرجة الحموضة للنظام ، ودرجة حرارة التشغيل ، ووقت "البذر" قبل التفاعل ، ووقت التفاعل بالإضافة إلى النماذج المستخدمة. في عملية سول-جل ، يمكن دمج العناصر الأخرى (المعادن ، أكاسيد المعادن) بسهولة. يعتبر محلول السيليكايت المتشكل بالطريقة الحرارية المائية مستقرًا للغاية. كما أن سهولة توسيع نطاق هذه العملية تجعلها الطريق المفضل لتخليق الزيوليت.
تمتلك الزيوليتات الاصطناعية بعض المزايا الرئيسية على نظائرها الطبيعية. يمكن بالطبع تصنيع المواد التركيبية في حالة موحدة ، طورية نقية. من الممكن أيضًا تصنيع هياكل زيوليت مرغوبة لا تظهر في الطبيعة. الزيوليت أ مثال مشهور. نظرًا لأن المواد الخام الرئيسية المستخدمة في تصنيع الزيوليت هي السيليكا والألومينا ، والتي تعد من بين أكثر المكونات المعدنية وفرة على وجه الأرض ، فإن إمكانية توفير الزيوليت غير محدودة تقريبًا. أخيرًا ، تتطلب عمليات تصنيع الزيوليت التي صممها الإنسان وقتًا أقل بكثير من 50 إلى 50000 سنة التي تحددها الطبيعة. تشمل العيوب عدم القدرة على تكوين بلورات ذات أبعاد مماثلة لحجم نظيراتها الطبيعية.
استخدامات الزيوليت
التجارية والمحلية
تُستخدم الزيوليت على نطاق واسع كأحواض للتبادل الأيوني في تنقية المياه المنزلية والتجارية وتليينها وتطبيقات أخرى. في الكيمياء ، تُستخدم الزيوليت لفصل الجزيئات (فقط جزيئات ذات أحجام وأشكال معينة يمكن أن تمر من خلالها) ، كمصائد للجزيئات حتى يمكن تحليلها.
تتمتع الزيوليت بإمكانية توفير فصل دقيق ومحدد للغازات بما في ذلك إزالة H2O و CO2 و SO2 من تيارات الغاز الطبيعي منخفضة الدرجة. تشمل عمليات الفصل الأخرى: الغازات النبيلة ، N2 ، O2 ، الفريون والفورمالديهايد. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، لا تزال الإمكانية الحقيقية لتحسين التعامل مع مثل هذه الغازات بهذه الطريقة مجهولة.
صناعة بتروكيماوية
تستخدم الزيوليتات الاصطناعية على نطاق واسع كمحفزات في صناعة البتروكيماويات ، على سبيل المثال في التكسير التحفيزي للسوائل والتكسير المائي. الزيوليت تحصر الجزيئات في مساحات صغيرة ، مما يسبب تغيرات في بنيتها وتفاعلها. شكل الهيدروجين للزيوليت (المحضر بالتبادل الأيوني) عبارة عن أحماض صلبة قوية ، ويمكن أن تسهل مجموعة من التفاعلات المحفزة بالحمض ، مثل الأزمرة ، والألكلة ، والتكسير. تتضمن طريقة التنشيط المحددة لمعظم المحفزات الزيوليتية المستخدمة في التطبيقات البتروكيماوية تفاعلات موقع حمض لويس الكمي الكيميائي. يستخدم التكسير التحفيزي الفرن والمفاعل. يتم تسخين كسور تقطير الزيت الخام الأولى في الفرن وتمريرها إلى المفاعل. في المفاعل يلتقي الخام مع عامل مساعد مثل الزيوليت. يمر بهذه الخطوة ثلاث مرات ، في كل مرة يصبح أكثر برودة. أخيرًا يصل إلى خطوة تُعرف بالفاصل. يجمع الفاصل الهيدروجين المعاد تدويره. ثم يمر عبر مجزئ ويصبح العنصر الأخير.
الصناعة النووية
تستخدم الزيوليت في طرق إعادة المعالجة المتقدمة ، حيث تسمح قدرتها المسامية الدقيقة لالتقاط بعض الأيونات مع السماح للآخرين بالمرور بحرية بإزالة العديد من منتجات الانشطار بكفاءة من النفايات النووية وحبسها بشكل دائم. نفس القدر من الأهمية هي الخصائص المعدنية للزيوليت. هيكلها من الألومينو سيليكات متين للغاية ومقاوم للإشعاع حتى في شكل مسامي. بالإضافة إلى ذلك ، بمجرد تحميلها بمنتجات الانشطار المحاصرة ، يمكن ضغط مزيج نفايات الزيوليت على الساخن في شكل سيراميك متين للغاية ، مما يؤدي إلى إغلاق المسام وحبس النفايات في كتلة حجرية صلبة. هذا عامل شكل نفايات يقلل بشكل كبير من مخاطرها مقارنة بأنظمة إعادة المعالجة التقليدية.
زراعة
في الزراعة، كلينوبتيلوليت (زيوليت طبيعي) يستخدم كعلاج للتربة. يوفر مصدرًا للبوتاسيوم الذي يتم إطلاقه ببطء. إذا تم تحميل الزيوليت مسبقًا بالأمونيوم ، فيمكن أن يؤدي وظيفة مماثلة في الإطلاق البطيء للنيتروجين. يمكن أن يعمل الزيوليت أيضًا كمواد وسيطة للمياه ، حيث سيمتصون ما يصل إلى 55% من وزنهم في الماء ويطلقونه ببطء عند طلب النبات. هذه الخاصية يمكن أن تمنع تعفن الجذور ودورات الجفاف المعتدلة.
الرفق بالحيوان
في مرافق تربية الحيوانات المركزة ، تبين أن إضافة أقل من 1% من كلينوبتيلوليت منخفض الصوديوم للغاية يحسن تحويل العلف ، ويقلل من الأمونيا المحمولة في الهواء حتى 80% ، ويعمل كموثق للسموم الفطرية ، ويحسن كثافة العظام. انظر براءات الاختراع الأمريكية 4،917،045 و 6،284،232. يمكن استخدامه في التخلص من الروائح الكريهة بشكل عام لجميع روائح الحيوانات.
طبي
تُستخدم أنظمة مُكثّف الأكسجين القائمة على الزيوليت على نطاق واسع لإنتاج الأكسجين الطبي. يتم استخدام الزيوليت كمنخل جزيئي لتكوين الأكسجين النقي من الهواء باستخدام قدرته على حبس الشوائب ، في عملية تنطوي على امتصاص الغازات غير المرغوب فيها ومكونات الغلاف الجوي الأخرى ، مما يترك الأكسجين عالي النقاء وما يصل إلى 5% من الأرجون. عامل مرقئ ماركة QuikClot® ، والذي يستمر استخدامه بنجاح لإنقاذ الأرواح عن طريق وقف النزيف الحاد ، يحتوي على شكل من الزيوليت المحمّل بالكالسيوم.
التدفئة والتبريد
يمكن استخدام الزيوليت كمجمعات حرارية شمسية ولتبريد الامتزاز. في هذه التطبيقات ، يتم استغلال الحرارة العالية للامتصاص والقدرة على الترطيب والتجفيف مع الحفاظ على الاستقرار الهيكلي. هذه الخاصية المسترطبة إلى جانب تفاعل طارد للحرارة (منتج للحرارة) عند الانتقال من صورة مجففة إلى شكل رطب ، تجعل الزيوليت الطبيعي مفيدًا في تجميع الحرارة المهدرة والطاقة الحرارية الشمسية.
منظفات
أكبر استخدام منفرد للزيوليت هو الغسيل العالمي منظف سوق. بلغ هذا 1.44 مليون طن متري سنويًا من الزيوليت اللامائي أ في عام 1992.
بناء
الزيوليت الصناعي كما يتم استخدامه كمادة مضافة في عملية إنتاج خلط الخرسانة الإسفلتية الدافئة. بدأ تطوير هذا التطبيق في أوروبا (ألمانيا) في التسعينيات. يساعد من خلال خفض مستوى درجة الحرارة أثناء تصنيع ورص الخرسانة الإسفلتية ، مما يؤدي إلى تقليل استهلاك الوقود الأحفوري ، وبالتالي إطلاق كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون والهباء الجوي والأبخرة. بخلاف ذلك ، يؤدي استخدام الزيوليت الصناعي في الإسفلت المختلط الساخن إلى ضغط أسهل ويسمح إلى حد ما برصف الطقس البارد وعمليات نقل أطول. عند إضافته إلى الأسمنت البورتلاندي باعتباره Pozzolan ، يمكنه تقليل نفاذية الكلوريد وتحسين قابلية التشغيل. إنه يقلل الوزن ويساعد على تعديل محتوى الماء مع السماح بالتجفيف البطيء مما يحسن قوة الكسر.
أحجار كريمة
تم جمع Thomsonites ، أحد معادن الزيوليت النادرة ، كأحجار كريمة من سلسلة من تدفقات الحمم البركانية على طول بحيرة سوبيريور في مينيسوتا وبدرجة أقل في ميشيغان بالولايات المتحدة الأمريكية. تآكلت عقيدات طومسونايت من هذه المناطق من تدفقات الحمم البازلتية ويتم جمعها على الشواطئ بواسطة الغواصين في بحيرة سوبيريور. تحتوي عقيدات الثومسونايت هذه على حلقات متحدة المركز في مجموعات من الألوان ، الأسود والأبيض والبرتقالي والوردي والأحمر والعديد من ظلال اللون الأخضر. تحتوي بعض العقيدات على شوائب نحاسية ونادرًا ما توجد بعيون نحاسية. عندما يتم صقلها بواسطة الجواهري ، تظهر الثومسونيت في بعض الأحيان شاتويانس
حفظ حوض السمك
يتم تسويق الزيوليت في متاجر الحيوانات الأليفة لاستخدامه كمادة مضافة للترشيح في أحواض السمك. في أحواض السمك ، يمكن استخدام الزيوليت لامتصاص الأمونيا والمركبات النيتروجينية الأخرى. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع درجة تقارب بعض الزيوليت مع الكالسيوم ، فقد تكون أقل فعالية في الماء العسر وقد تستنفد الكالسيوم. يستخدم ترشيح الزيوليت في بعض الأحواض البحرية للحفاظ على تركيزات المغذيات منخفضة لصالح الشعاب المرجانية التي تتكيف مع المياه المستنفدة للمغذيات.
مكان وكيفية تشكل الزيوليت هو اعتبار مهم لأحواض السمك. تشكل الزيوليت الطبيعي في نصف الكرة الشمالي عندما تلامست الحمم المنصهرة مع مياه البحر ، وبالتالي "تحميل" الزيوليت بأيونات الصوديوم (الصوديوم) القربانية. ستتشكل أيونات الصوديوم هذه مع أيونات أخرى في المحلول ، وبالتالي امتصاص النيتروجين في الأمونيا ، مع إطلاق الصوديوم. في نصف الكرة الجنوبي ، تم تكوين الزيوليت ، مثل الموجود في أستراليا ، بالمياه العذبة ، وبالتالي امتصاص الكالسيوم عند التكوين.
الزيوليت الطبيعي هو مرشح فعال للأمونيا ولكن يجب استخدامه بحذر ، خاصة مع الشعاب المرجانية الاستوائية الحساسة لكيمياء المياه ودرجة الحرارة.
اختبار أجهزة الفضاء
يمكن استخدام الزيوليت كمنخل جزيئي في مضخات الامتصاص بالتبريد من أجل الضخ القاسي لغرف التفريغ التي يمكن استخدامها لمحاكاة الظروف الشبيهة بالفضاء من أجل اختبار الأجهزة المرتبطة بالفضاء.
فضلات القطط
غالبًا ما تكون فضلات القطط غير المتكتلة مصنوعة من الزيوليت أو الدياتوميت.
روابط خارجية
قاعدة بيانات هياكل الزيوليت
اللجنة التجميعية للرابطة الدولية للزيوليت