Что такое цеолиты?

Цеолиты – это достаточно внушительный перечень минералов с похожим составом и свойствами. По сути, каждый из них является водным алюмосиликатом Ca или Na из подкласса каркасных силикатов, каждому характерен стеклоподобный/перламутровый отблеск.

Это удивительный материал, описанный учеными еще более двух сотен лет назад. В переводе с греческого его название выглядит как «кипящий камень». В смысле, кипящий? – Спросите вы. В этом, впрочем, и заключается главная особенность продукта. Если его опустить в воду, на поверхности появятся пузырьки воздуха. Это можно наблюдать, ввиду способности минерала возвращать и неоднократно впитывать воду, в зависимости от температурного и влажностного режимов.

Еще одно важнейшее качество – это расположенность к ионообмену. Они выборочно отсоединяют и опять поглощают разного рода вещества. Кроме того, могут обмениваться катионами. Но давайте обо всем по порядку.

Свойства цеолитов

Что такое цеолит? Правильно! Минерал с адсорбирующими свойствами, внутренняя структура которого состоит из сильно подвижных пустот/полостей/пор, из-за чего реализуется ионный обмен. Именно наличием этих полостей и определяется основоположное свойство цеолитов – адсорбция.

Кристаллы цеолитов – это функционирующие начала молекулярных сит, то есть ячеистых неорганических твердых тел, сформированных большим количеством кубических микрокристаллов. Сита эти пользуются необычайным спросом из-за своих специфических свойств: умения реверсируемо осуществлять абсорбцию водяного пара и всяческих газов, а также возможности цеолитовых катионов без каких-либо затруднений заменяться на любой иной ион с положительным зарядом. Ячейки, отверстия и ходы между ними, а точнее сеть, ими образуемая – предусловие формирования обширного пространства удивительной величины внутри. Это десятки и сотни тысяч значений внешнего размера. Это мега важно в ходе сушки и селекционного разделения.

По своему химическому строению эти продукты являются водными алюминиевыми силикатами щелочных/щелочноземельных элементов. Если выразиться более верно, то в их порах находятся активные катионы, ввиду чего отмечаются следующие свойства:

- адсорбция;

- катионный обмен (катионирование);

- катализ (каталитическое действие).

Следует знать, что цеолитам характерна термическая стабильность и устойчивость к воздействию кислот, благодаря чему сфера их применения как в промышленности, так и в бытовых условия – очень и очень значительная.

Использование цеолитов: коротко о главном

Всех сфер, в которых данные материалы задействуются на сегодняшний день, так сходу и не перечислишь. Давайте попробуем упомянуть хотя бы основные из них.

Итак, данные минералы используют в приборах для очистки воды как сорбаторы, ионообменники и молекулярные сита. Нередко они служат давателями и приемниками электронов. Задействуются в вакуумо-сорбционных насосах. Служат разнородными катализирующими элементами в различных нефтехимических и нефтеперерабатывающих деяниях. Не обходится без них и химический анализ. В частности, здесь цеолиты используются для реализации химических методов, предвидящих разделение и концентрирование.

Аквариумистика. Здесь ценны адсорбционные и ионообменные свойства. Цеолит может задействоваться как дополнитель к активированному углю и служить наполнением туалетов для кошек.

Вот еще некоторые роли данного минерала, о которых полезно знать:

- добавка к кормам для с/х скота и птицы;

- заменитель фосфатов в бытовой химии;

- сырье для изготовления напитков, не содержащих алкоголь, а также специальных пищевых продуктов и биодобавок к еде;

- поглотитель запахов в холодильных установках;

- эффективный помощник в борьбе с радиацией и т.д.

Цеолиты природные и синтетические

Рассматривая цеолиты, едва ли не главное, что нужно учесть, это возможность их природного и синтетического происхождения. На сегодняшний день известно сорок природных цеолитов и больше полутора сотни (по другим данным – около шестисот) синтетических. Из самых распространенных групп: натролит, ломонтит, хабазит, гейландит, стильбит, морденит и томсонит.

Что собой представляют природные представители этих минералов? Продукты, сформированные при компоновке вулканической лавы с горными породами, рассыпавшимися на мельчайшие частицы под паро-газовым влиянием с дальнейшей естественной «обработкой» солеными океаническими водами. Выглядят природные творения, как светлые эстетические минералы в огромном спектре матовых и перламутровых оттенков. А в их составе – большое число химических элементов из периодической системы Менделеева.

Как разнообразен этот материал сам по себе, так и его популярность наблюдается во всех уголках мира. Еще не так давно этот камень был только в коллекциях ценителей. Сегодня же его с налаживанием производственных процессов используют в различных промышленых направлениях.

Согласно этимологии, выделяют гидротермальные, экзогенные, а также метаморфические цеолиты. Последние бывают наиболее редко. Миндалины эффузивных пород, песчаники, в том числе аркозовые и граувакковые, растрескивания и пустые пространства гнейсов, а также кристаллических сланцев – вот основные места, где есть большая вероятность увидеть этот минерал.

Добыча цеолита осуществляется во многих странах. Его природных месторождений хоть и небольших по объему существует не менее тысячи по всему земному шару. Самые большие из них – в Японии, Америке, Восточной Африке и, внимание, в Украине!

Добывать минералы несложно, поскольку их залежи находятся неглубоко. Трудности заключаются в другом: в отделении необходимых кристаллов от горной породы. Это требует сравнительно много сил и времени. Еще один нюанс: общая добыча разных видов цеолитов, которые в изначальной совокупности не могут применяться там, где нужно. То есть возникает потребность в разделении.

Ценные свойства данного продукта были обнаружены только в середине ХХ столетия. После этого американские ученые приступили к работе над созданием синтетического минерала. И да, у них все получилось. Производственный процесс выглядел так: сначала подготавливалась затравка с бутиловым спиртом, дальше пульпа, содержащая алюминий, Si, H₂O, щелочь и орган. компоненты. После этого совершалось гидротермальное кристаллизирование при t 150-180 °С и, собственно, вырабатывался цеолит. Сегодня же получение описанным способом не ограничивается: синтетический минерал создают разными путями, отталкиваясь от того, какие задачи ему предстоит выполнять в будущем.

Нынешние производители вместо катионов металлов берут ионы алкиламмония. И создают даже такие варианты, у каковых не существует природных аналогов.

К слову, искусственные цеолиты в наши дни пользуются большим спросом, по сравнению с натуральными. Чаще всего именно они могут справиться с тем, с чем необходимо в различных направлениях. А наиболее ценными считаются цеолиты с повышенным процентом активного вещества – клиноптилолита. Давайте рассмотрим основные из них – NaА и NaX.

Цеолит синтетический NaA

Цеолит NaA – вещество, выпускаемое промышленностью в достаточно больших объемах. По сути – алюмосиликат натрия. На вид это твердая гранулированная масса, частицам которой характерна круглая либо овальная форма при диаметре 5-8 мм. Окрас может варьироваться от бежевого до ненасыщенно-оранжевого. Хим. формула выглядит так: Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂•H₂O.

NaA глубоко осушает и тонко очищает газообразные и жидкие среды. Он способен абсорбировать преимущественное число составляющих пром. газов, при условии, что размер их молекул – не более 0,4 нм. Под такие характеристики подпадает достаточно большой перечень продуктов: дигидросульфид, углерода (IV) сульфид, углекислый газ, нитрид водорода, низшие алкины и алкадиены, этан, этен, пропен, орган. соединения с 1-й метильной группой в молекуле, а также CH₄, Ne, Ar, Kr, Xe, О2, N2 и CO. Обратите внимание: вещества, которые перечислены последними, могут быть поглощены цеолитом только при небольших температурных показателях. К тому же, если рассматривать пропан и органические соединения, количество углеродных атомов в молекулах которых больше 3, адсорбция NaA не наблюдается. То есть сушение и очищение таким образом не приводит к их поглощению.

Из других направлений применения рассматриваемого вещества стоит отметить следующие:

- энергетика (осушение «сырых» трансформаторных масел, смягчение потоков жидкости при водоподготовительных мероприятиях на энергоустановках, удаление из их отходов радионуклидов);

- очищение воды для питья на водозаборных станциях и в отдельных водостоках;

- разделение молекул в химической отрасли (поскольку сквозь цеолит способны проникать молекулы только конкретных форм и размеров) и их вылавливание для дальнейшего анализа синтезированных соединений;

- очистка гальваностоков в машиностроении;

- производство моющих средств (например, порошков для стирки) с целью повышения их моющих характеристик. Данное вещество реагирует с ионами Mg и Ca, присутствующими в водопроводной воде, и не просто реагирует, а связывает их. Дополнительный плюс такого воздействия – не оседание на составляющих частях техники и одежде. Благодаря NaA можно почти в полной мере пойти в отказ в плане задействования фосфатов в порошках для стирки и других чистяще-моющих композициях.

Цеолит синтетический NaX

Цеолит NaX, или другими словами экструдат – это продукт общего назначения, который формируется вместе со связующим. Выпускается в виде кристаллической порошкообразной массы либо экструдата. Цвет может варьироваться от белоснежного до розоватого.

Его можно охарактеризовать, как минерал-сорбент со свойствами радиопротектора. Каркасная кристаллическая структура – залог значительной адсорбции.

Основные применения NaX:

- пром. обезвоживание и очищение газов и жидкостей;

- воздухо- и азотоочистка от углеводородов, оксидов и масел;

- изъятие воды, сернистых компонентов и тиолов из природного газа;

- удаление соединений серы, тиолов и углекислоты из нефтяного попутного газа;

- разделение совокупностей аренов;

- удаление радиоактивных нуклидов из жидких отходов ядерных энергоустановок;

- дополимеризационное изъятие окисляющих веществ при олефиноочищении.

Если говорить о сорбирующих свойствах NaX, в целом, то они эффективны по отношению огромного перечня материалов. Это, прежде всего, вода, нитрид и сульфид водорода, диоксид углерода, метан, этантиол и метантиол, этиленоксид, аминоэтан и диборан. Это также изопарафины и алкены, одно- и многоядерные простейшие, сложные циклоалканы и арены, а также их производные. Нельзя не упомянуть здесь и о меркаптанах, тиофене, оксол-2,4-диене, пиридине и бензопиридине, метилтрихлориде, тетрахлорметане, фреонах, пента- и декаборане.

Как видите, применение не ограничивается очищением и осушением пром. газов. Немалое значение данное вещество имеет для молекулярного разделения всякого рода совокупностей, для рассоединения воздуха в криоустановках и др.

На заметку! Чтобы активировать цеолит, предварительно нужно выполнить его терморегенерацию при t 450-550 °С.

Цеолиты природные

И NaX с NaА, и прочие синтетические цеолиты, главным образом, задействуются в тех или иных промышленных направлениях. Если говорить о медицине, аграрном комплексе или, к примеру, об очищении внешней среды, то здесь большим спросом пользуются именно природные цеолиты. Размер их пор – строго заданный, ввиду чего они являются превосходными сорбентами для материалов и органической, и неорганической этимологии.

Итак, природные цеолиты находят применение, главным образом, в таких областях:

- водоочистка (в частности очищение бассейной воды, борьба с вирусами и бактериями в рыбных хозяйствах);

- изготовление с/х удобрений (основная цель использования – повышение прочности гранул МУ, способствование вхождению в состав большего числа важных микроэлементов);

- земледелие, а именно минимизация объема нитратов в плодах, а также общее увеличение урожайности почвы;

- птице- и животноводство (задача цеолитов заключается в интенсификации увеличения массы и благотворном воздействии на плодовитость взрослых особей, плюс в укреплении работы иммунной системы поголовья на уровне клеток, в результате чего недуги случаются реже, а если что, проходят в разы легче и оперативнее).

Опять же синтетические минералы не могут вводиться в состав тех продуктов, которые предназначены для внутреннего употребления. Только натуральные, благодаря своему природному происхождению, способны положительно влиять на человеческий организм. Хотя и в случае с ними, если речь идет об употреблении детьми, беременными женщинами и матерями, кормящими грудью, есть потребность в получении предварительной консультации доктора.