Цеоліти

Цеоліти. Ломонтит

Цеоліти. Морденіт

Цеоліти. Натроліт

Цеоліти. Сколецит

Цеоліти. Шабазит

Цеолі́ти (від грец. (ζέω — кипіти і λίθος — камінь) — група мінералів, водних алюмосилікатів кальцію і натрію підкласу каркасних силікатів.

Кальцій і натрій у цеолітах іноді заміщуються калієм, барієм, стронцієм та іншими елементами.

Зміст

1 Історична довідка
2 Характеристика
3 Різновиди
4 Походження
5 Розташування родовищ
- 5.1 У світі
- 5.2 В Україні
6 Штучні цеоліти
7 Застосування
8 Додатково
9 Література
10 Автор ВУЕ

Історична довідка

Назву і перший науковий опис мінералу дав 1756 хімік і мінералог А. Кронштедт (1722–1765; Швеція).

Наприкінці 18–19 ст. знайдено і описано низку мінералів із групи цеолітів. 1792 біолог Л. Боск (1759–1828; Франція) описав шабазит. Мінералог, натураліст Ж. К. Деламетері (1743–1817; Франція) 1797 дослідив андреоліт і перламутровий цеоліт. Р.-Ж. Гаюї 1801 описав анальцим. 1803 М. Г. Клапрот відкрив натроліт. А. Гелен (1774–1856) і Й. Н. Фукс (1774–1856; Німеччина) розширили групу цеолітів, включивши сколецит (1813) і мезоліт (1816). Мінералог К. фон Леонгард (1779–1862; Німеччина) 1817 додав жисмондин. Мінералог Г. Дж. Брук (1771–1857; Велика Британія) описав томсоніт, гейландит (1820), брюстерит (1822) і гмілініт (1825). В. Гайдінгер 1825 додав едінгтоніт, мінералог Г. Роуз (1798–1873; Німеччина) 1826 — епістильбіт, мінералог О. А. Дамур (1808–1902; Франція) 1842 — фожазит, мінералог А. Брайтгаупт (1791–1873; Німеччина) 1846 — полуцит, хімік і геолог Г. Гоу (1828–1879; Велика Британія) 1864 — морденіт. 1890 П. Гоннар (1833–1923; Франція) відкрив офретит (1896 названо на його честь гонардитом).

У 20 ст. описано низку цеолітів, серед яких: бікітаїт, вайракіт, каулезит, фер’єрит, чернічит.

Характеристика

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

Усі цеоліти під час нагрівання здатні виділяти так звану цеолітну воду без руйнування структури. Основу структури цеолітів становлять кільця з тетраедрів, утворених аніонами SiO₄^4-, AlO₄^5-, порожнини між якими з’єднані мікроканальцями. Цеолітна вода міститься в порожнинах, а при нагріванні втрачається через ці канали. Зневоднений цеоліт може знову поглинати воду.

Інша характерна властивість цеолітів — катіонний обмін. Протікає шляхом дифузії катіонів (наприклад, катіони Са²⁺, Na⁺, які знаходяться в порожнинах і каналах цеолітів, можуть замінюватися катіонами K⁺, Mg²⁺, Fe²⁺). Абсорбція рідини цеолітами відбувається через входи-вікна на поверхні розміром 0,3–0,8 нм. Проникнути через ці канали всередину цеоліту можуть тільки молекули, величина яких сумісно з амплітудою їхніх теплових коливань менша за діаметр каналу. Це обумовлює можливість застосування цеолітів як молекулярних сит.

Сингонія частіше моноклінна.

Густина — 2–2,5 г/см³.

Твердість за шкалою твердості мінералів Мооса — 3–5.

Безбарвні або білі.

Різновиди

Відомо близько 50 мінеральних видів природних цеолітів. Найбільш поширені: анальцим, гармотом, гейландит, десмін, еріоніт, кліноптилоліт, ломонтит, морденіт, натроліт, фер’єрит, філіпсит, шабазит.

Виокремлюють види цеолітів також за формою і кольором:

волокнистий, волосистий, голчастий (зайві назви натроліту);
жилкуватий (застаріла назва мезоліту);
калієвий (зайва загальна назва філіпситу і паулінгіту);
кубічний (застаріла загальна назва шабазиту й анальциму);
листуватий (гейландит і десмін у формі листуватих мас із майже паралельним зростанням пластинок);
міметичний (застаріла назва дакіардиту);
борошнистий (зайва загальна назва мучнистих агрегатів натроліту й мезоліту);
пірамідальний (помилкова назва апофіліту);
променистий (застаріла назва десміну);
слюдяний (зайва назва цеофіліту);
снопоподібний (десмін, схожий на снопоподібні агрегати);
таблитчастий (десмін, схожий на таблитчасті кристали);
чорний (зайва назва гадолініту).

Походження

Утворюються за температури 250 ^оС і тиску 200–300 МПа в результаті гідротермальних, гідротермально-метасоматичних, діагенетичних і метаморфічних процесів у вулканічних і вулканогенно-осадових породах. Процес метасоматичного перетворення мінералів у цеоліти під впливом гідротермальних розчинів називають цеолітизацією; відбувається під час руйнування польових шпатів і фельдшпатидів.

Розташування родовищ

У світі

Відомо близько 1 000 родовищ цеолітів із запасами понад 105 т у понад 40 країнах. Промислову цінність мають кліноптилоліт, морденіт, шабазит; перспективні також анальцим, філіпсит.

Родовища цеолітів відомі в Ісландії, Новій Зеландії, США, Японії, Росії (на півострові Камчатка), на Кавказі.

У 21 ст. відкрито промислові родовища цеолітових порід нового типу, що утворилися в екзогенних умовах як результат перетворення вулканічних туфів і попелу давніх вулканів у морських умовах. Локації: у США, Східній Африці, Японії, Україні (Закарпаття), Туркменістані. Світові запаси цеолітової сировини — декілька десятків мільярдів тонн. Основні запаси (10–20 млрд т) — у США, Японії, поблизу Уральських гір, прикаспійських хребтів. Запаси 1–10 млрд т відкрито в Італії та на Балканському півострові.

В Україні

Розвідані у Карпатській складчастій області, окремі поклади — у Кримській складчастій області. Загальні запаси цеолітовмісних туфів для відкритої розробки — 1 млрд т. Державним балансом запасів корисних копалин України враховано 2 родовища цеолітів у Закарпатській області. Є також у Приазов’ї (родовище Мазурова Балка), Житомирській області (Володарськ-Волинське пегматитове поле)

Штучні цеоліти

Перший штучний цеоліт створив 1948 хімік Р. Баррер (1910–1996; Нова Зеландія). Відомо понад 200 синтетичних цеолітів. Більшість створено на алюмосилікатній основі, деякі містять германій, залізо, галій, бор, цинк, олово, титан. Основною сировиною для виробництва штучних цеолітів є діоксид кремнію та глинозем (одні з найпоширеніших мінеральних компонентів), тому потенціал постачання цеолітів практично необмежений.

Серед переваг штучних цеолітів — їхній однорідний фазово чистий стан; можна виробляти цеолітові структури, які не трапляються в природі. Однак за стійкістю до дії високих температур та кислот штучні цеоліти значно поступаються природним.

Застосування

Використовують у процесі крекінгу нафти (для розділення газових сумішей); для осушення газів і очищення природних вод; у виробництві полімерів; у хімічній промисловості (для вилучення з повітря кисню й азоту, необхідних для виробництва аміаку та аміачної селітри), в атомній енергетиці (для вилучення радіонуклідів із відходів), як каталізатори процесів нафтохімії і нафтопереробки і як гетерогенні каталізатори; в аналітичній хімії (цеоліт-модифіковані електроди).

У сільському господарстві, рослинництві та відновлюваному землеробстві використовують для підвищення родючості ґрунтів, затримки вологи, покращення екосистеми мікроорганізмів, збереження добрив від вимивання та адсорбції міді, як добавку до корму тваринам тощо.

У медицині застосовують як сорбенти, а також як молекулярне сито, що затримує азот і пропускає кисень та аргон у кисневих медичних концентраторах.

У будівництві застосовують як активну мінеральну добавку для цементів, бетонів і будівельних розчинів; у побуті — для очищення питної води, як поглинач запахів у холодильних установках тощо.

Додатково

Для сприяння та заохочення розвитку всіх аспектів науки та технології цеолітів 1973 на 3-й Міжнародній конференції з молекулярних сит засновано Міжнародну асоціацію цеолітів (англ. International Zeolite Association, IZA).

Література

Cronstedt A. F. Rön och beskrifning om en obekant bärg art, som kallas Zeolites // Svenska Vetenskaps akademiens Handlingar. 1756. Bd. 18. P. 120–123.
Barrer R. M. Synthesis of a Zeolitic Mineral with Chabazite-Like Sorptive Properties // Journal of the Chemical Society. 1948. Vol. 33. P. 127–132.
Гончаров А. І., Корнілов М. Ю. Довідник з хімії. Київ : Вища школа, 1974. 304 с.
Лазаренко Є. К., Винар О. М. Мінералогічний словник. Київ : Наукова думка, 1975. 774 с.
Auerbach Sc., Carrado K., Dutt Pr. Handbook of Zeolite Science and Technology. New York : M. Dekker, 2003. 1184 p.
Банах О., Жибак І. Гранульовані цеоліти X, Y та М і хроматографія газів-забрудників повітря. Київ : [б. в.], 2006. 142 с.
Rhodes C. J. «Zeolites: Physical Aspects and Environmental Applications» // Annual Reports Section «C» (Physical Chemistry). 2007. Vol. 103. P. 287–325.
Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2013. Т. 3. 644 с.
Mineral Commodity Summaries 2022. Reston : U.S. Department of the Interior ; U.S. Geological Survey, 2022. 206 p. URL: https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2022/mcs2022.pdf
Рибачук Д. В., Рибачук В. Д. Цеоліти природні // Фармацевтична енциклопедія https://www.pharmencyclopedia.com.ua/article/102/ceoliti-prirodni