زئولیت

زئولیت‌ها از سیلیکاتهای آبدار نوع داربستی شمرده می‌شوند. پیوند آبدار در آنها بسیار سست است، بطوری که در دمای پایین ، آب خود را از دست می‌دهند. قابلیت تعویض یونی آنها زیاد است. زئولیتها هم به روش طبیعی و هم به روش مصنوعی تشکیل می‌گردند. زئولیتها به روش طبیعی در دریاچه‌های قلیایی (نمکی) ، آلتراسیون توفها ، سیستم باز آبهای زیرزمینی ، خاکهای محیط قلیایی و رسوبات عمیق دریا تشکیل می‌شوند.
● نحوه تشکیل زئولیتها به روش طبیعی
زئولیتها دارای منشا طبیعی بوده و به روش مصنوعی نیز تولید می‌شوند.
● دریاچه‌های قلیایی و نمکی
دریاچه‌های قلیایی و یا نمکی واقع در مناطق گرم و خشک در بخشی از آب اسیدیته PH آن به حدود ۹.۵ می‌رسد، محیط مناسبی برای تشکیل زئولیتهاست. موادی که در این دریاچه‌ها می‌توانند به زئولیت تبدیل شوند عبارتند از شیشه‌های طبیعی ، توفها ، کائولینیت ، مونتموریونیت و پلاژکلاز. زئوایتهای که در این محیط تشکیل می‌شوند، عبارتند از فیلیسپیت ، کلینوپتالیت ، اریونیت و به مقدار کمتر موردنیت و منشا بازیت. علاوه بر زئولیتها ، فلدسپات سدیم ، فلدسپات پتاسیم و کانیهای بردار نیز تشکیل می‌شوند.
تشکیل زئولیتها در محدوده زمانی کمتر از ۱۰۰۰ سال انجام می‌شود. زون بندی در یک لایه توف واقع در یک دریاچه قلیایی از حاشیه به طرف مرکز دریاچه شامل ، توف تازه به همراه مقدار جزئی کانی رسی (به دلیل PH کمتر از ۸) ، وزن تشکیل زئولیت‌ها به دلیل افزایش PH و میزان نمکها ، زون آنالیست و زون تشکیل فلدسپات به دلیل غلظت زیاد نمکها. زون بندیی که در یک منطقه حاوی زئولیت دیده می‌شود عبارت است از وزن شیشه طبیعی ، زون کانیهای رسی ، زون کلینوپتالیت و فیلیپسیت ، زون آنالیسم و زون پتاسیم فلدسپات.
● آلتراسیون
از تاثیر محلولهای گرمایی در شرایط مناسب زئولیتها تشیل می‌شوند. معمولا کلینوتپالیت و موردنیت در اعماق کمتر (دمای کمتر) و آنالیست ، هیولاندیت ، لامونتیت و واراکتیت در اعماق بیشتر (دمای بالاتر) تشکیل می‌شوند.
● مناطق با سیستم آبهای باز
خاکستر و دیگر مواد پیروپلاستیکی اسید - حد واسط سخت نشده (تفرا) تحت تاثیر آبهای سطحی و زیرزمینی قرار گرفته و تغییراتی از سطح به عمق در آنها ایجاد می‌شود. از هیدرولیز شیشه و سایر مواد در نزدیکی سطح زمین کانیهای رسی بویژه اسمکتیت تشکیل می‌شود. با محل مواد به اعماق بیشتر ضمن افزایش PH شرایط برای تبدیل شیشه به زئولیتها فراهم می‌شود. خاکستر و مواد پیروپلاستیکی که در محیط خشکی تشکیل شده‌اند تا اعماق ۲۰ تا ۵۰۰ متر حاوی کانیهای رسی بوده و بعد از آن در صورت مناسب بودن PH آبهای زیرزمینی زئولیتها تشکیل می‌شوند.
● خاکهای محیطهای قلیایی
در محیطهای خشک و نیمه خشک به دلیل تبخیر زیاد کربنات و بی‌کربنات سدیم در افق سطحی خاک افزایش یافته و با افزایش PH محیط برای تشکیل زئولیتها مناسب می‌شود. محدوده تشکیل زئولیتها از سطح آبهای زیرزمینی به طرف سطح زمین است.
● رسوبات عمیق دریا
توفها و رسوبات عمیق دریایی تحت تاثیر چرخه‌های آبهای گرم قرار گرفته در شرایط مناسب می‌توانند به زئولیت آلتره شوند.
● تولید زئولیت به روش مصنوعی
▪ ابتدا ۲H۲O ، AL۲O۳ را در محلول داغ NaOH حل و سپس با سیلیکات سدیم (Na۲SiO۳) مخلط می‌نمایند، مخلوط حاصل به مخازن ویژه تشکیل ژل منتقل می‌شود. بلورهای زئولیت در دمای حدود ۹۴ درجه سانتیگراد از محلول ژل شروع به تبلور می‌نمایند.
▪ آلتراسیون کائولین : ابتدا کائولین حرارت داده می‌شود تا به متاکائولین تبدیل شود بعد از آن را کلسینه نموده و سپس با استفاده از محلول اسیدی مقداری از سیلیس آن را آزاد نموده محصول را با NaOH شستشو می‌دهند.
● موارد مصرف زئولیتها
۱ـ فیلترملکولی
زئولیتها چنانچه در دمای ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد برای مدت چند ساعت حرارت داده شوند آب موجود در مجاری و فضای کانال مانند آزاد و به زئولیت بدون آب تبدیل می‌شود. قطر فضاهای کانال مانند مشخص و تابع ترکیب شیمیایی زئولیت است. قطر این فضا در زئولیت پتاسیم‌دار ۱۳ آنگستروم ، سدیم‌دار ۴ آنگستروم و برای کلسیم‌دار ۵ آنگستروم است. موادی که ابعاد ملکول آنها کمتر از قطر فضای زئولیت باشد جذب شده و آنهایی که بزرگتر هستند جذب نخواهند شد.
به عنوان مثال زئولیتی که قطر کانال آن ۴.۵ آنگستروم است، می‌تواند هیدروکربوری مانند اکتان و نپتان را که قطر آنها حدود ۴.۳ آنگستروم است جذب نماید و هیدروکربورهای ایزواکتان و ایزوپنتان را که قطر آنها ۵ آنگستروم است جذب نماید. با استفاده از زئولیتها می‌توان این مواد هیدروکربوری را از یکدیگر جدا نمود.
۲ـ کنترل آلودگی
کلینوپتالیت به علت داشتن خاصیت جانشینی یونی ، می‌تواند ایزوتوپهای سزیم و استرانسیم را که دارای خاصیت رادیواکتیویته هستند، به خود جذب نماید. محلولهای حاوی کاتیونهای رادیواکتیو را از ستون حاوی کلینوپتالیت عبور می‌دهند، آنگاه مواد رادیواکتیو جذب کلینوپتالیت می‌شوند.
پس کلینوپتالیت اشباع از مواد رادیواکتیو را در محیطهای مناسب دفن می‌نمایند آمونیاک موجود در پسابها ، آبهای کشاورزی ، محیط نگهداری دام و طیور را می‌توان با استفاده از کلینوپتالیت مهار نمود. گازهای CO۲ , SO۲ را که در کارخانه‌ها تولید می‌شوند می‌توان با استفاده از زئولیتها به میزان قابل توجهی کنترل نمود.
۳ـ تولید اکسیژن
بعضی از زئولیتها نیتروژن را بطور انتخابی جذب می‌نمایند. ژاپنیها با ساختن دستگاهی که در آن از موردنیت استفاده شده ، توانسته‌اند اکسیژن را از هوا تهیه نمایند. اکسیژن تولید شده تا ۹۰ درصد خالص است.
۴ـ تصفیه گاز
برای جداسازی دی‌اکسید کربن و کاهش میزان رطوبت گازهای طبیعی از زئولیتها می‌توان استفاده کرد.
۵ـ انرژی خورشیدی
از زئولیتها بویژه شابازیت و کلینوپتالیت در ذخیره سازی انرژی خورشیدی استفاده می‌شود. زئولیتهای نامبرده در طول روز ، آب خود را از دست می‌دهند و در فاصله شب و به هنگام جذب رطوبت می‌توانند انرژی ذخیره شده در طول روز را آزاد نمایند.
۶ـ کشاورزی
زئولیتها را در کشاورزی برای بهبود کیفیت خاک ، تهیه خوراک حیوانات و همچنین در تهیه حشره کشها بکار می‌برند.
۷ـ مصارف دیگر
پیش از این زئولیتها به دلیل وزن مخصوص پایین آنها به عنوان مصالح سبک وزن استفاده می‌شده است. اینک زئولیتها را به عنوان ماده پر کننده در کاغذ استفاده می‌کنند. مزایای زئولیت نسبت به کائولین درصد اوپاکی بیشتر ، سهولت برش و کاهش وزن آن است. در خمیر دندان از زئولیت به دلیل قابلیت پویش بهتر نسبت به CaHPO۴ و باقی ماندن فلورید به صورت یونی استفاده می‌شود.
▪ زئولیت در ایران
در مناطق اشلق چای و نی باغ (میانه) ، سمنان ، طلعه (ورامین) ، رودهن ، طالقان و قلعه عسکر (کرمان) زئولیت عمدتا در سنگهای آتشفشانی گزارش شده است.