Цеолит Из Википедии, свободной энциклопедии Цеолиты (греч. zein, «кипеть»; lithos, «камень») представляют собой алюмосиликатные минералы и имеют микропористую структуру (поры размером менее 2 нм). Термин ….
Цеолит ввести
цеолит
Из Википедии
свободная энциклопедия Цеолиты (греч. zein — «кипеть»; lithos — «камень») — алюмосиликатные минералы, имеющие микропористую структуру (поры размером менее 2 нм).
Термин «цеолит» первоначально был придуман в 18 веке шведским минералогом Акселем Фредриком Кронстедтом, который заметил, что при быстром нагревании природного минерала камни начинают танцевать. Используя греческие слова, означающие «кипящий камень», он назвал этот материал цеолитом. Камни «кипели», потому что вода, адсорбированная внутри пор цеолита, отгонялась при нагревании.
Было идентифицировано более 175 уникальных каркасов цеолитов, и известно 48 встречающихся в природе цеолитов. цеолиты имеют пористую структуру, которая может вмещать широкий спектр катионов, таких как Na+, K+, Ca2+, Mg2+ и другие. Эти положительные ионы довольно слабо удерживаются и могут быть легко заменены другими в контактном растворе. Некоторыми из наиболее распространенных минеральных цеолитов являются анальцим, шабазит, гейландит, натролит, филлипсит и стильбит. Примером минеральной формулы является Na2Al2Si3O10-2H2O, формула натролита. Природные цеолиты образуются там, где вулканические породы и слои пепла реагируют со щелочными грунтовыми водами. цеолиты также кристаллизуются в условиях после осадконакопления в течение периодов от тысяч до миллионов лет в мелководных морских бассейнах.
Встречающиеся в природе цеолиты редко бывают чистыми и в разной степени загрязнены другими минералами, металлами, кварцем или другими цеолитами. По этой причине встречающиеся в природе цеолиты исключены из многих важных коммерческих применений, где важны однородность и чистота.
цеолиты представляют собой алюмосиликатные представители семейства микропористых твердых тел, известных как «молекулярные сита». Термин «молекулярное сито» относится к особому свойству этих материалов, т. е. к способности селективно сортировать молекулы на основе, главным образом, процесса исключения размера. Это связано с очень регулярной структурой пор молекулярных размеров. Максимальный размер молекулярных или ионных частиц, которые могут проникнуть в поры цеолита, определяется размерами каналов. Они обычно определяются размером кольца апертуры, где, например, термин «8-кольцо» относится к замкнутой петле, построенной из 8 тетраэдрически координированных атомов кремния (или алюминия) и 8 атомов кислорода. Эти кольца не всегда идеально симметричны из-за множества эффектов, включая напряжение, вызванное связью между единицами, которые необходимы для создания общей структуры или координации некоторых атомов кислорода колец с катионами внутри структуры. Поэтому поры во многих цеолитах не цилиндрические.
Источники
Для добычи природных цеолитов используются традиционные методы добычи открытым способом в Арканзасе. Вскрышу удаляют, чтобы обеспечить доступ к руде. Руда может быть взорвана или вскрыта для переработки с использованием тракторов, оснащенных рыхлителями и фронтальными погрузчиками. При переработке руда дробится, сушится и измельчается. Измельченная руда может быть классифицирована на воздухе по размеру частиц и отправлена в мешках или навалом. Измельченный продукт может быть просеян для удаления мелкодисперсного материала, когда требуется гранулированный продукт, а некоторые гранулированные продукты производятся из мелкодисперсного материала. Производители также могут изменять свойства цеолита или смешивать свои цеолитные продукты с другими материалами перед продажей, чтобы улучшить их характеристики.
В настоящее время мировое годовое производство природного цеолита составляет около 4 млн тонн. Из этого количества 2,6 млн тонн отгружается на рынки Китая для использования в бетонной промышленности. Восточная Европа, Западная Европа, Австралия и Азия являются мировыми лидерами в обеспечении мирового спроса на природный цеолит. Для сравнения, в Северной Америке производится всего 57 400 метрических тонн (источник: Геологическая служба США, 2004 г.) цеолита (всего 11 ТР2 т от мирового производства); только недавно Северная Америка осознала потенциал текущих и будущих рынков.
Существует несколько типов синтетических цеолитов, образующихся в процессе медленной кристаллизации алюмосиликатного геля в присутствии щелочей и органических темплатов. Одним из важных процессов, используемых для синтеза цеолитов, является золь-гель обработка. Свойства продукта зависят от состава реакционной смеси, pH системы, рабочей температуры, времени «затравки» перед реакцией, времени реакции, а также используемых матриц. В золь-гель процесс могут быть легко включены другие элементы (металлы, оксиды металлов). Золь силикалита, полученный гидротермальным способом, очень стабилен. Кроме того, простота масштабирования этого процесса делает его излюбленным методом синтеза цеолитов.
Синтетические цеолиты обладают некоторыми ключевыми преимуществами по сравнению с их природными аналогами. Синтетика, конечно, может быть изготовлена в однородном фазово-чистом состоянии. Также возможно производить желаемые цеолитные структуры, которые не встречаются в природе. цеолит А является хорошо известным примером. Поскольку основным сырьем, используемым для производства цеолитов, являются кремнезем и оксид алюминия, которые являются одними из самых распространенных минеральных компонентов на земле, потенциал поставок цеолитов практически неограничен. Наконец, процессы производства цеолитов, разработанные человеком, требуют значительно меньше времени, чем от 50 до 50 000 лет, предписываемых природой. К недостаткам можно отнести невозможность создания кристаллов с размерами, сравнимыми с их природными аналогами.
Использование цеолитов
Коммерческий и внутренний
цеолиты широко используются в качестве ионообменных слоев при очистке, умягчении и умягчении воды в бытовых и коммерческих целях и в других целях. В химии цеолиты используются для разделения молекул (могут проходить только молекулы определенных размеров и форм), в качестве ловушек для молекул, чтобы их можно было анализировать.
цеолиты обладают потенциалом обеспечения точного и специфического разделения газов, включая удаление H2O, CO2 и SO2 из потоков низкосортного природного газа. Другие разделения включают: благородные газы, N2, O2, фреон и формальдегид. Однако в настоящее время истинный потенциал улучшения обращения с такими газами таким образом остается неизвестным.
Нефтехимическая промышленность
Синтетические цеолиты широко используются в качестве катализаторов в нефтехимической промышленности, например, в жидкостно-каталитическом крекинге и гидрокрекинге. цеолиты удерживают молекулы в небольших объемах, что вызывает изменения их структуры и реакционной способности. Водородная форма цеолитов (полученных путем ионного обмена) представляет собой сильнодействующие кислоты в твердом состоянии и может способствовать целому ряду кислотно-катализируемых реакций, таких как изомеризация, алкилирование и крекинг. Специфический способ активации большинства цеолитных катализаторов, используемых в нефтехимии, включает квантово-химические реакции кислотных центров Льюиса. Каталитический крекинг использует печь и реактор. Фракции первой перегонки нефти нагревают в печи и подают в реактор. В реакторе сырье встречается с катализатором, например цеолитом. Он проходит этот этап три раза, с каждым разом становясь все холоднее. Наконец, он достигает шага, известного как разделитель. Сепаратор собирает рециркулируемый водород. Затем он проходит фракционирование и становится финальным предметом.
Атомная промышленность
цеолиты используются в передовых методах переработки, где их микропористая способность улавливать одни ионы, позволяя другим свободно проходить, позволяет эффективно удалять многие продукты деления из ядерных отходов и постоянно улавливать их. Не менее важны и минеральные свойства цеолитов. Их алюмосиликатная конструкция чрезвычайно прочна и устойчива к радиации даже в пористой форме. Кроме того, когда они загружены захваченными продуктами деления, комбинация цеолит-отходы может быть подвергнута горячему прессованию в чрезвычайно прочную керамическую форму, закрывая поры и улавливая отходы в твердом каменном блоке. Это форм-фактор отходов, который значительно снижает их опасность по сравнению с обычными системами переработки.
сельское хозяйство
В сельском хозяйстве клиноптилолит (природный цеолит) используется для обработки почвы. Он является источником медленно высвобождаемого калия. Если цеолит предварительно загружен аммонием, он может выполнять аналогичную функцию при медленном высвобождении азота. цеолиты также могут выступать в качестве замедлителей воды, в которых они будут поглощать до 55% своего веса в воде и медленно высвобождать ее при потребности растений. Это свойство может предотвратить корневую гниль и умеренные циклы засухи.
Забота о животных
Было показано, что на объектах концентрированного животноводства добавление всего 1% клиноптилолита с очень низким содержанием натрия улучшает конверсию корма, снижает содержание аммиака в воздухе до 80%, действует как связыватель микотоксинов и улучшает плотность костей. См. патенты США 4,917,045 и 6,284,232. Может использоваться для устранения всех запахов животных.
Медицинский
Системы концентраторов кислорода на основе цеолита широко используются для производства кислорода медицинского назначения. Цеолит используется в качестве молекулярного сита для получения очищенного кислорода из воздуха, используя его способность улавливать примеси в процессе, включающем поглощение нежелательных газов и других атмосферных компонентов, в результате чего остается высокоочищенный кислород и до 5% аргона. Гемостатический агент марки QuikClot®, который по-прежнему успешно используется для спасения жизней путем остановки сильного кровотечения, содержит форму цеолита, насыщенную кальцием.
Отопление и охлаждение
цеолит можно использовать в качестве солнечных тепловых коллекторов и для адсорбционного охлаждения. В этих применениях используется их высокая теплота адсорбции и способность к гидратации и дегидратации при сохранении структурной стабильности. Это гигроскопическое свойство в сочетании с присущей ему экзотермической (выделяющей тепло) реакцией при переходе из обезвоженной в гидратированную форму делает природный цеолит полезным для сбора отработанного тепла и солнечной тепловой энергии.
Моющие средства
Крупнейшее разовое использование цеолита — глобальная прачечная. моющее средство рынок. В 1992 году это составило 1,44 миллиона метрических тонн безводного цеолита А в год.
Строительство
Синтетический цеолит также используется в качестве добавки в процессе производства теплого асфальтобетона. Разработка этого приложения началась в Европе (Германия) в 1990-х годах. Помогает за счет снижения уровня температуры при производстве и укладке асфальтобетона, что приводит к меньшему потреблению ископаемого топлива, что приводит к меньшему выделению углекислого газа, аэрозолей и паров. Помимо этого, использование синтетического цеолита в горячем асфальтобетонном растворе приводит к более легкому уплотнению и в определенной степени позволяет укладывать асфальт в холодную погоду и выполнять более длительные перевозки. При добавлении в портландцемент в виде пуццолана он может снизить проницаемость для хлоридов и улучшить удобоукладываемость. Он снижает вес и способствует умеренному содержанию воды, обеспечивая более медленное высыхание, что повышает прочность на разрыв.
Драгоценные камни
Томсониты, один из более редких цеолитовых минералов, были собраны в виде драгоценных камней из серии потоков лавы вдоль Верхнего озера в Миннесоте и, в меньшей степени, в Мичигане, США. Конкреции томсонита в этих районах образовались в результате эрозии из потоков базальтовой лавы и собираются на пляжах и аквалангистами в Верхнем озере. Эти конкреции томсонита имеют концентрические кольца в сочетании цветов: черного, белого, оранжевого, розового, красного и многих оттенков зеленого. Некоторые конкреции имеют медные включения и редко встречаются с медными «глазами». При полировке у гранильщика томсониты иногда приобретают переливчатый оттенок.
содержание аквариума
цеолит продается в зоомагазинах для использования в качестве фильтрующей добавки в аквариумах. В аквариумах цеолит можно использовать для поглощения аммиака и других азотистых соединений. Однако из-за высокого сродства некоторых цеолитов к кальцию они могут быть менее эффективными в жесткой воде и могут истощать запасы кальция. Цеолитовая фильтрация используется в некоторых морских аквариумах для поддержания низкой концентрации питательных веществ в интересах кораллов, адаптированных к бедным питательными веществами водам.
Где и как образовался цеолит, является важным фактором для аквариумов. Природный цеолит Северного полушария образовался, когда расплавленная лава вступила в контакт с морской водой, тем самым «нагрузив» цеолит жертвенными ионами Na (натрия). Эти ионы натрия будут образовывать соединения с другими ионами в растворе, таким образом, поглощение азота аммиаком с выделением натрия. В южном полушарии цеолит, такой как найденный в Австралии, образовался с пресной водой, поэтому кальций поглощается при образовании.
Природный цеолит является эффективным фильтром аммиака, но его следует использовать с осторожностью, особенно с нежными тропическими кораллами, чувствительными к химическому составу и температуре воды.
Тестирование космической техники
цеолит можно использовать в качестве молекулярного сита в криосорбционных насосах для грубой откачки вакуумных камер, которые можно использовать для имитации космических условий для тестирования оборудования, привязанного к космосу.
Кошачьи отходы
Некомкующийся наполнитель для кошачьих туалетов часто изготавливают из цеолита или диатомита.
внешние ссылки
База данных структур цеолитов
Синтезная комиссия Международной ассоциации цеолитов