Зеолити

Зеолитите са голяма група минерали, които представляват водни алумосиликати предимно на натрия и калция и по-рядко на калия или бария. Характеризират се със способността си да отдават и отново да поглъщат т.нар. зеолитова вода, в зависимост от температурата и влажността на околната среда. Друго важно тяхно свойство е подчертаната им способност за йонен обмен, позволявайки им селективно да отделят и отново да приемат молекулите и йоните на различни вещества, в зависимост от тяхната големина. Каналите в структурата на различните зеолитови минерали са с различни форми и размери и могат да пропускат едни и да задържат други градивни частици. Това основно свойство превръща зеолитите в природни молекулни сита.

Познати са около 40 природни минерала със зеолитови свойства и повече от 1400 синтетични. Класическите зеолити са класифицирани през 1756 година от шведския минералог Аксел Фредрик Кронщед (Axel Fredrik Cronstedt). Наименованието им е дадено от него и се дължи на факта, че при нагряване кипят с бурно отделяне на зеолитова вода. Названието е комбинация от гръцките думи зео (zéō), означаващо „кипя“ и литос (λίθος) със значение „камък“.

Прието е минералите със зеолитоподобен скелет и зеолитови свойства, но различни от класическия тип, да се означават като зеолитоиди. Много пъти обаче като зеолити се разглеждат алумосиликати с тримерен тетраедричен скелет, в състава на който освен алуминий и силиций влизат фосфор, берилий или други химични елементи, които са в тетраедрично обкръжение по отношение на кислорода. В някои случаи кислородът може да бъде заместен от хидроксилна група. При тези условия, понякога за зеолити се приемат голям брой минерали, които по състав и условия на образуване се отличават значително от класическите.

Морфология Зеолитовите минерали са в метастабилно състояние, когато се образуват в зоната на устойчивост на фелдшпатите и кварца. Формират се като устойчиви фази извън това поле, в температурния интервал 250°-100 °С. В седиментни скали те могат да се образуват и при обикновени условия. Такива са дълбокоморските дънни находища от типа на филипсита и отлаганията им в някои езера с повишена соленост.

По произход зеолитовите минерали са преобладаващо хидротермални, свързани с вулканичната дейност, главно във вид на туфи и туфити. Голяма група зеолити са седиментогенни, получени при промяна на тези видове под въздействието на диагенетни процеси, представляващи уплътняване на утайките при високо налягане и сравнително ниски температури. Зеолити се образуват и в късния стадий на пегматитовия процес, като са като последни образувания, насложени върху по-рано формирани минерали. В много случаи вулканичните зеолити оформят най-външната зона на оловно-цинкови, медни и други сулфидни минерали, поради което могат да се използват като индикатори за съответното рудно образувание.

По принцип зеолитите са вторични продукти, получени от промяната и хидратирането на алкални алуминиеви силикати като фелдшпати, левцит, нефелин и други. Те кристализират при подходяща среда в плитки морски басейни за периоди, вариращи от хиляди до милиони години. Почти винаги се срещат в жилите или върху стените на скални пукнатини, най-често с вулканичен произход, по които са били насложени от циркулиращите води. Всички са добре кристализирали, а някои от тях формират сложни кристали и атрактивни минерални екземпляри. Fraunhofer/Research News – June 2012

Зеолитите, съдържащи калций кристализират при относително по-високи температури от тези, съдържащи натрий. Повишаването на алкалността съдейства за формирането на зеолити, бедни на SiO2. Зеолитите, съдържащи висок процент алуминий, се образуват в сравнително по-ограничен температурен интервал, но в по-широк диапазон на налягането. Тези с повече силиций, кристализират при по-широк интервал на температурата и при по-ограничени стойности на налягането.

Структура

Структурата на зеолитовите минерали е пореста и има пръстеновиден характер. Характерни при нискосилициевите (високоалуминиеви) зеолити са пръстените, съставени от 4 тетраедъра, при високосилициевите – от 5 тетраедъра, а междинните представители се характеризират с пръстени от 6 тетраедъра. Отворите (каналите) в структурата са оформени от пръстени, включващи 8, 10 или 12 тетраедъра. Например, терминът „10-пръстен“ се отнася до затворен кръг, който е изграден от 10 тетраедърно координирани силициеви (или алуминиеви) атома и 10 кислородни атома. Тези пръстени не винаги са идеално симетрични, а обхванатите от тях отвори не са строго цилиндрични.Какво е зеолит

Алкалните и алкалоземните катиони и водните молекули се разполагат в тези големи отвори в структурата на минерала. Различните зеолити имат празнини с различни размери в структурата си, което ги прави ценни за разграничаването на различно големи молекули, обикновено на органични съединения. Поради това те служат като молекулни сита, като изследваните съединения се прекарват през тях. Това им качество се дължи на способността им избирателно да сортират молекулите по техния размер. Максималният размер на молекулните или йонни видове, които могат да влизат в отворите на зеолита, се контролира от размерите на тези отвори.

Нискосилициевите зеолити са от преобладаващо аксиален тип, а високосилициевите – от планарен. Както при фелдшпатите, така и при зеолитите, даден вид може да бъде с изменяща се симетрия, в зависимост от разположението на катионите в алумосиликатния тетраедричен скелет. Типичен в това отношение е аналцимът, симетрията на който може да бъде много разнообразна.

Химичен състав и свойства Независимо от сравнително простия качествен състав, зеолитовите минерали се отличават с усложнен химизъм, както поради силно вариращите количествени отношения между основните им компоненти, така и заради съдържанието на водни молекули в състава им. Като главни катиони в състава на зеолитите участват Ca, Na, K, Ba, Sr, Cs, Mg, Li. Общата формула на тези минерали е (Ca, Sr, Ba, Na2, K2) Al2Si2 – 10 O8 – 24.(2 – 8 H2O). При това, отношението Al:Si закономерно се изменя скокообразно, въпреки че са възможни и известни отклонения, особено при по-богатите на силиций представители. При тях се установява и по-широко изоморфно заместване между интраскелетните катиони.

Освен фелдшпатовия тип заместване Na+Si4 ⇄ Ca2+Al3+, при зеолитовите минерали често се наблюдава обменното заместване Na2+ ⇄ Ca2+, K2+ ⇄ Ba2+ и доста по-рядко заместване от вида Na+Al3+ ⇄ Si4+.

Зеолитите се отличават от фелдшпатите по по-слабо свързаните алкални и алкалоземни катиони, както и по наличието на водни молекули. Последните могат да бъдат отстранени, без да се наруши структурата на минерала, като при този процес се отделя зеолитова вода.

Високосилициевите зеолити обикновено са с по-голямо съдържание на водни молекули и отделят водата си при по-ниски температури – около 150 °С. Високоалуминиевите, които съдържат по-малко на брой водни молекули се обезводняват при по-високи температури – около 500 °С.

Важно свойство на зеолитовите минерали е способността им да обменят слабо свързаните си катиони. Например пермутитите, които служат за омекотяване на водата, представляват изкуствени натриеви зеолити. Поставени в твърда вода те поемат калция от нея и отделят натрия от структурата си. Въпреки порестата си структура, зеолитите се отличават с висока киселиноустойчивост и термоустойчивост. Stonemarket/Цеолит

Физични свойства Зеолитовите минерали обикновено са бели или безцветни, но при наличие на примеси могат да бъдат оцветени в розово, кафяво, червено, по-рядко и в други цветове. Често оформят радиалнолъчисти или люспести агрегати, съобразно с типа на кристалната структура и с морфологията на индивидуалните кристали в тях.

Твърдост по скалата на Моос – варира от 3,5 до 5,5 Mineral Collectors Information Page/ Zeolite Mineral Facts Плътност – 2 – 2,4 Цепителност – разнообразна Блясък – стъклен Кристална структура – повечето са монокристални, но има и такива с орторомбична, хексагонална и изометрична структура. Показател на пречупване – разнообразен Свързани минерали – калцит, пектолит, датолит, пренит, кварц и други зеолити

Хабитусът им се колебае от влакнест при нискосилициевите зеолити, през псевдоизометричен до люспест при високосилициевите.

Според вида на хабитуса си, зеолитите се делят на три типа:

влакнести – натролит, мезолит, томсонит, сколецит, ломонтит, гонардит, едингтонит, морденит, ерионит, жисмондин, фериерит и други люспести – стилбит, хейландит, брюстерит и други псевдоизометрични – хабазит, филипсит, хармотом, фоязит (фожазит), гмелинит, дакиардит и други

Систематика Пръстеновидният характер на зеолитовите структури се използва от някои автори за структурно систематизиране на тези минерали, при което се взимат под внимание начинът на свързване и броят на 4, 5 и 6-членните пръстени.

Систематика според структурата (българските наименования на минералите са дадени заедно с техния международно използван код):

Асоциация от предимно натриево-калциеви зеолити Аксиални (верижни или А-тип) Натролитова група Натролит – NAT Гонардит – GON Мезолит – MES Томсонит – THO Сколецит – SCO Ломонтитова група Ломонтит – LAU Морденитова група Морденит – MOR Дакиардит – DAC Фериерит – FER Ерионит – ERI Офретит – OFF Планарни (слоести или Р-тип) Стилбитова група Стилбит – STI Стелерит – STE Гускрикит – GOO Хейландит – HEU Барерит – BAR Епистилбит – EPI Югаваралит – YUG Коулсит – COW Псевдоизометрични и изометрични (I-тип) Жисмондинова група Жисмондин – GIS Гобинсит – GOB Гаронит – GAR Партеит – PAR Хабазитова група Хабазит – CHA Гмелинит – GME Левин – LEV Уилхендерсонит – WIL Аналцимова група Аналцим – ANA Вайракит – WAI Полуцит – POL Фоязит – FAU Паулингит – PAU

Асоциация от предимно калиево-бариеви зеолити Аксиални (верижни или А-тип) Едингтонит – EDI Мацитова група Мацит – MAZ Перлиалит – PER Планарни (слоести или Р-тип) Брюстеритова група Брюстерит – BRE Псевдоизометрични и изометрични (I-тип) Амицитова група Амицит – AMI Филипситова група Филипсит – PHI Хармотом – HAR Мерлиноит – MER

Находища Естествените зеолитни депозити рядко са чисти и обикновено са смесени в различна степен с други минерали. Срещат се най-често в близост до вулкани, особено такива, които се намират край солен воден басейн или на остров. След изригването им, част от лавата и вулканичната пепел се наслагват на морското дъно. Зеолитите се формират благодарение на химичната реакция, при която вулканичните продукти влизат в съприкосновение със солената вода. Подобни реакции се осъществяват и при алкални подпочвени води. Най-често срещаните природни зеолити са птилолит, хейландит, филипсит, хармотом, стилбит, ломонтит, сколецит, натролит, томсонит, хабазит и аналцит.

Стилбит – Известни находища има в Пуна в Индия, на остров Скай от архипелага Вътрешни Хебриди, Килпатрик в Шотландия, Исландия и Нова Скотия в Канада. Хабазит – Сериозни като обем депозити на хабазит се намират на Фарьорските острови, Гренландия и Исландия, в местността Пътят на великаните в Ирландия, Усти над Лабе в Бохемия, Нова Скотия и други. Аналцит – Изящни кристали от аналцит са открити в Берген Хил в Ню Джърси, района на планината Тейбъл в Колорадо, на нос Бломидън в Нова Скотия, край остров Сицилия, в Тирол, на Фарьорските острови и в Исландия. Натролит – Известни местности, богати на натролит са тези край Усти над Лабе и Теплице в Бохемия, планината Пюи дьо Дом в Централна Франция, Fassathal в Тирол, край миньорския град Капник в Унгария, на различни места в Нова Скотия, Берген Хил в Ню Джърси и други.

В САЩ зеолитни депозити са открити в Аризона, Калифорния, Айдахо, Невада, Ню Мексико, Орегон, Тексас и Уайоминг. Зеолитите в тях са хабазит, клиноптилолит, ерионит, морденит и филипсит. USGS/2009 Minerals Yearbook/Zeolites