زئولیت؛ کاربردها و خواص
زئولیت چیست؟
زئولیت یک ماده معدنی است که عمدتاً از آلومینوسیلیکات تشکیل شده و کاربرد تجاری عمده آن در صنایع یه عنوان جاذب سطحی است. واژه زئولیت در اصل در سال ۱۷۵۶ توسط کانی شناس سوئدی اکسل فردریک کرونستد ابداع شد.
طبقهبندی زئولیتها
چند نوع طبقهبندی برای زئولیتها انجام گرفتهاست. یک طبقهبندی قدیمی بر اساس شکل بلور است. در این طبقهبندی زئولیتها به بلورهای رشتهای، ستونی و مختلط تقسیمبندی میشوند.
یک نوع طبقهبندی دیگر بر اساس منشأ شکلگیری آنها است؛ که از این نظر زئولیتها به دو نوع رسوبی و آتشفشانی تقسیمبندی میگردند. در زئولیتهای رسوبی نسبت سیلیسیم به آلومینیوم بزرگتر از زئولیتهای آتشفشانی است.
زئولیتهای موجود در ایران از نوع رسوبی هستند، در حالیکه اکثر گونههای طبیعی زئولیتهای موجود در جهان از نوع آتشفشانی هستند. نوع سوم تقسیمبندی بر اساس خواص اسیدی یا بازی زئولیتها بنا شدهاست. در این تقسیمبندی زئولیتهایی که نسبت آلومینیوم به سیلیسیم (Al به Si) در آنها در دامنه ۸/۰ به بالا باشند، جزء زئولیتهای اسیدی و زئولیتهایی که در آنها این نسبت بین ۵/۰ تا ۶/۰ و کمتر باشد، جزء زئولیتهای قلیایی طبقهبندی میشوند.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی
زئولیت ها معمولا دارای چگالی بین ۲ تا ۲٫۳ گرم بر سانتی متر مکعب هستند. اما زئولیت های غنی از باریم، استثنا بوده و چگالی آن ها ممکن است بین ۲٫۵ تا ۲٫۸ گرم بر سانتی متر مکعب باشد.
عموما ساختمان این نوع کانی باز است و درنتیجه سطح ویژه ای شبیه به کانی های سیلیکاتی ۱:۲ قابل انبساط از خود نشان می دهد. جذب آب در هر واحد سلولی زئولیت نسبتا زیاد است.
البته میزان جذب آب بستگی به نوع زئولیت و همچنین نوع کاتیون های موجود در کانال های آن دارد. به طور کلی عرض کانال ها، اندازه کاتیون و انرژی هیدراسیون، تعیین کننده میزان آب جذب شده به وسیله این کانی ها هستند. طرفیت تبادل کاتیونی زئولیت ها از ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی اکی والان در ۱۰۰ گرم آن گزارش شده است.
به طور کلی عرض کانالها، انتشار یونی یا مولکولی، مقدار آب و هیدراته شدن، از عوامل مهم و تعیین کننده میزان ظرفیت تبادل کاتیونی آن ها است. زئولیت های می توانند مانند غربال عمل کنند. به عنوان مثال آنالیست می تواند سدیم را آزادانه با Ti، Ag، NH4، K و Rb مبادله کند
خواص زئولیت ها
به طور کلی تراکم زئولیت های طبیعی در دامنه ۱٫۹ تا ۲٫۲ میلی گرم در متر مکعب است. با وجود این تراکم زئولیت هایی که مقادیر زیادی باریم و استرانسیم دارند، ممکن است در حدود ۲٫۵ تا ۲٫۸ میلی گرم در متر مکعل باشند. اکثر مواد زئولیتی بی رنگ یا سفید هستند با این حال بعضی از آن ها که حاوی مقادیر جزئی یا کم آهن هستند به رنگ زرد کم رنگ یا قهوه ای مایل به قرمز دیده می شوند. زئولیت ها در حالت تعلیق باعث به وجود آوردن PH های ۹٫۵ تا ۱۰٫۵ شده و در نتیجه تجزیه کامل یا نسب موجب ایجاد PH های بالاتری نیز می گردند.
اگرچه اغلب زئولیت های حاوی سیلیسیم Si کم یا متوسط (نسبت Si به Al به ترتیب برابر ۱٫۵ به ۱ و ۲ به ۱٫۵) در محلول های اسیدی با PH پایین تر از ۳ متلاشی می شوند. بعضی گونه های حاوی Si زیاد مثل کلینوپتیلولیت و موردنیت در PH حدود ۲ نیز پایدار می باشند.
مشخصه های اصلی زئولیت
۱- درجه بالای آبدار (هیدراته) شدن
۲- در زمان بی آب (دهیدراته) شدن، تراکم پایین و فضاهای خالی بالایی دارند.
۳- ساختمان بلوری اغلب زئولیت ها موقع بی آب شدن، پایدار می ماند.
۴- دارای خاصیت تبادل کاتیونی هستند.
۵- بلور دهیدراته دارای کانال های یکنواختی از نظر مولکولی و اندازه می باشد.
۶- خواص فیزیکی متنوعی از قبیل هدایت الکتریکی، خواص کاتالیتیکی، جذب و شبکه یونی دارند.
کاربرد های زئولیت
از آنجا که این کانی کاربرد های وسیعی در صنایع مختلف دارند، تقاضای مصرف انواع طبیعی و مصنوعی بر حسب خصوصیات فیزیکی و شیمایی (که مستقیما به ساختمان بلوری و ترکیب شیمیایی بستگی دارد) متفوت بوده و به سرعت رو به افزایش است.
استفاده در مصالح ساختمانی
کاربرد زئولیت ها به عنوان ماده اولیه در صنایع سرامیک به دلیل توانایی تغییر ترکیب شیمایی آن ها به روش تبادل یون، مزایای زیادی دارد. از جمله این مزایا می توان تولید سرامیک های رنگی را نام برد. به عنوان مثال وارد کردن آهن به صورت یون آهن دو ظرفیتی به ایجاد ماده ای با رنگ سبز منجر خواهد شد. از پدیده پف کردن و خارج شدن حباب ها از داخل زئولیت ها در ساختن سرامیک های متخلخل با دانسیته پایین استفاده می شود. همچنین کاربری آن ها در سیمان پوزولانی و بتن نیز متداول گشته است.
استفاده در صنعت سیمان
در چند سال گذشته با توجه به خصوصیاتی که این نوع کانی ها از نظر جذب آب و بعد از دهیدراته شدن پیدا می کنند، مورد توجه کارشناسان صنعت سیمان قرار گرفته است. زیرا که با استفاده از این کانی در مواد اولیه سیمان باعث تغییراتی در جذب آب و مشخصات فیزیکی بتن می شود که می تواند در دوام و پایداری بتن نقش مثبت و ارزنده ای داشته باشد.
استفاده به عنوان پر کننده در صنایع کاغذسازی: زئولیت به دلیل وزن کم و دارا بودن خاصیت پوزولان می تواند به عنوان پر کننده در صنعت کاغذ مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده در داروسازی و پزشکی
از کلینوپتیولایت می توان به عنوان جلادهنده در خمیر دندان حاوی فلوراید استفاده نمود. وجود این کانی باعث می شود یون های بیشتری به صورت همان یون باقی بمانند.
استفاده به عنوان حام در سموم دفع آفات
با ضافه کردن کلینوپتیلولایت به این قبیل سموم مدت زمان تاثیر آن ها افزوده شده و باقیمانده آن در محیط زیست خطری در بر نخواهد داشت. استفاده از این ماده حتی در سموم دفع پارازیت های جلدی حیوانات مثل کنه، شپش، مایت یا جرب و عیره متداول گشته است.
استفاده در شوینده
زئولیت ها بر خلاف فسفات هایی که هنوز در شوینده به کار می روند هیچگونه آلودگی محیط زیستی ایجاد نمی کنند. یون های کلسیم و منیزیم که باعث افزایش سختی آب می شوند و در فرآیند پاک کنندگی شوینده ها دخالت می نماید با استفاده از زئولیت های جذب می شوند. با استفاده از این نوع کانی خاصیت تولید کف شوینده و در نتیجه قدرت پاک کنندگی آن افزایش می یابد.
استفاده در صنعت نفت به عنوان کاتالیست
امروزه بیشتر کاتالیست ها از زئولیت ساخته می شود. با شناخت خواص کاتالیزوری زئولیت ها بسیاری از پزوهشگران علوم مختلف شیمی و پتروشیمی، واکنش های بسیاری را به کمک این کانی انجام داده اند.
استفاده در صنعت نفت به عنوان جذب نفت و رفع آلودگی های نفتی
یکی از اصلی ترین کاربرد زئولیت ها در صنعت نفت، اثرات جذب کنندگی آن است. با استفاده از زئولیت ها می توان لکه های نفتی را جذب و محیط زیست را از آلودگی پاک نمود . تجربیات متعدد نشان می دهد که مخلوطی از زئولیت، پرلیت، کربنات سدیم، اسید تارتاریک یک محلول آلی که بر روی هم وزن مخصوص نزدیک ۰٫۵ گرم در سانتی متر مکعب دارد، قادر است بیش از ۲۰۰ ساعت در سطح آّ باقی بماند و نفت را از سطح آب جذب و جمع آوری نماید. از این خاصیت در زمان وجود نشت نفت از تانکرهای بزرگ نفتی و یا سوانح اتفاق افتاده برای این قبیل از تانکرها که باعث رها شدن حجم زیادی از نفت بارگیری شده در سطح دریاها می شود، می توان استفاده نمود.
در کشور ما از زئولیتها چه استفادهای میشود؟
متأسفانه تنها کاری که در ایران در زمینهی زئولیتها انجام میشود استخراج بیرویهی آنها و استفادهی بیرویهی آن در خوراک دام، طیور و کشاورزی است و ارزانترین کار در ایران صورت میگیرد یعنی استخراج از معدن و فروش ارزان آن به خریداران.
بهطور خلاصه کاربرد با ارزش افزودهی بالا از این مواد به دو دلیل هنوز در ایران شروع نشده است:
– نداشتن دانش فنی کارامد و عدم سرمایهگذاری جدی در ارتباط با فراوری انواع طبیعی و تولید صنعتی انواع سنتزی
– سوء استفادههایی که بهدلیل ابهام در قوانین مالکیت معنوی که در کشور ما وجود دارد.
برخی از تامین کنندگان زئولیت در سناماین👇
خرید و فروش زئولیت در سناماین-۱
