Ζεόλιθος

Μια Μορφή Ορυκτού Ζεολίθου
Μια Μορφή Ορυκτού Ζεολίθου

Ο Ζεόλιθος συγκροτεί μια ομάδα ένυδρων μικροπορώδων αργιλλοπυριτικών ορυκτών (κυρίως του Νa, K, και του Ca), τα μέλη της οποίας έχουν παραπλήσια χαρακτηριστικά ως προς την χημική σύνθεση και τη βασική κρυσταλλική δομή.

Απαντώνται ως φυσικά προϊόντα εξαλλοίωσης πυροκλαστικών πετρωμάτων σε ηφαιστιογενή στρώματα, αλλά παρασκευάζονται και τεχνητά.

Οι Ζεόλιθοι ανήκουν στην ευρύτερη ομάδα των τεκτοπυριτικών ορυκτών, ενώ αποκαλούνται και ‘μοριακά κόσκινα’, διότι από τους διαύλους και τις κοιλότητες του πλέγματός τους – από το πορώδες τους – μπορούν να διέλθουν διάφορες ουσίες ορισμένου μεγέθους.

Οι φυσικοί Ζεόλιθοι μπορούν να απορροφήσουν μέχρι και 30% του ξηρού βάρους των διάφορα αέρια (π.χ. αμμωνία και άζωτο), ενώ επιπροσθέτως, μπορούν να απορροφήσουν νερό πάνω από 70% του βάρους των και μέχρι 90% μερικούς υδρογονάνθρακες.

Ο γενικός χημικός τύπος που περιγράφει έναν Ζεόλιθο είναι M2/nΟΑl2O3·xSiO2·yH2O όπου:

  • M = το κατιόν με σθένος n
  • x = ακέραιος αριθμός μεταξύ 2 και 10
  • y = ακέραιος αριθμός μεταξύ 2 και 7

Ο λόγος M2/nΟ: Αl2Oείναι ίσος με 1, ενώ ο λόγος (Si+Al)/O είναι πάντοτε ίσος με 2.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΤΕΚΜΗΡΙΑ

Ορυκτός Ευλανδίτης από ζεολιθικό τόφφο στον Καναδά

Ζεόλιθος Ευλανδίτης 5,7 cm από το Cape Split - Καναδάς
Ζεόλιθος Ευλανδίτης 5,7 cm από το Cape Split

Ετυμολογία

Το όνομα Ζεόλιθος είναι ένας νεολογισμός, που έχει ‘αριστοκρατική’ καταγωγή, μιας και δόθηκε στο ορυκτό από τον Σουηδό Βαρόνο Axel Fredrik Cronstedt (23 Δεκεμβρίου 1722 – 19 Αυγούστου 1765), το 1756. Αποτελεί σύνθετη λέξη δύο Αρχαίων Ελληνικών, των ‘ζέω’ και ‘λίθος’.

Το πρώτο συνθετικό, η λέξη ‘ζέω’ έχει Πρωτο-Ινδοευρωπαϊκή  προέλευση, καθώς πυρήνας της είναι η ρίζα ‘*yes-’ (Σανσκριτικά: यसति) και σημαίνει ‘το βράζειν’ ή ‘αφρίζειν’.

Το δεύτερο συνθετικό, η λέξη ‘λίθος’, είναι αγνώστου προελεύσεως και ετυμολογίας αλλά πολύ καλά εμπεδωμένου νοήματος: σημαίνει ‘πέτρα’ και ως εκ τούτου τιμάται ιδιαιτέρως από την γεωλογική επιστήμη, καθώς απαντάται σε πλήθος γεωλογικούς όρους.

Η εξήγηση, γιατί ονομάστηκε ο Ζεόλιθος ‘πέτρα που βράζει’, δίνεται ελάχιστα πιο κάτω.

Σύντομη Ιστορία του Ζεολίθου

Προϊστορία & Αρχαιότητα

Από τα προϊστορικά χρόνια ο άνθρωπος έκανε χρήση των ζεολιθικών πετρωμάτων για την κατασκευή εργαλείων και οικοδομημάτων. Κάποιες φορές μάλιστα φαίνεται πως κατοικούσε κιόλας μέσα σε αυτά, όπως εικάζεται πως έκαναν οι Κιμμέριοι κάτοικοι μιας υπόγειας πόλης, που βρισκόταν κοντά στην Αρχαία Ελληνική πόλη της Κύμης, στην Κάτω Ιταλία.

Όλα δείχνουν πως οι Αρχαίοι Έλληνες δεν ακολούθησαν το παράδειγμα των γειτόνων τους. Από τον 7ο π.Χ. αιώνα χρησιμοποίησαν τα πετρώματα που περιείχαν τον Ζεόλιθο ως δομικό υλικό για την επίγεια κατασκευή κτιρίων καθώς και κάθε άλλου είδους κτισμάτων.

Οι Ρωμαίοι συνέχισαν να χρησιμοποιούν το υλικό αυτό, και μάλιστα το αξιοποίησαν και ως μέσο καθαρίσματος του νερού, στα περίφημα υδραγωγεία που κατασκεύασαν. Ακόμα περισσότερο, οι Ρωμαίοι δημιούργησαν έναν πολύ ανθεκτικό τύπο τσιμέντου, που αποτελείτο από ποζολάνη και αλεσμένο ζεολιθικό πέτρωμα.

Στην άλλη πλευρά του κόσμου, στην Αμερικάνικη Ήπειρο και δη στο Προ-Κολομβιανό Μεξικό, οι αυτόχθονες Ζαποτέκ, ήδη από το 2000 π.Χ. χρησιμοποιούσαν τα ζεολιθικά πετρώματα για την δημιουργία αναγλύφων, κτιρίων και κατασκευών. Η εξαίρετη τέχνη τους έφθασε μέχρι και τις μέρες μας, αφού κάποιες από τις δημιουργίες τους διασώζωνται στην αρχαία πόλη της Μίτλα (Mitla), που βρίσκεται στην επαρχία Οαξάκα.

Στην άλλη πλευρά, της άλλης πλευράς του κόσμου, στην Ιαπωνία, ξεκίνησαν τον 5ο μ.Χ. αιώνα να αξιοποιούν τα ζεολιθικά πετρώματα για την κατασκευή κτιρίων, στην πανάρχαια πόλη της Utsunomiya, πρωτεύουσα της επαρχίας Tochigi, της νήσου Χονσού (Honshu).  

Αντιθέτως οι απέναντι Κινέζοι, προτίμησαν να τα χρησιμοποιήσουν ως φάρμακα: πράγματι στην Κίνα επί αιώνες γίνεται χρήση σκευασμάτων με Ζεόλιθο για θεραπευτικούς σκοπούς.

18ος Αιώνας

Από τους αρχαίους χρόνους, δεν χρειάστηκε να περάσουν παρά μονάχα μερικοί αιώνες, μέχρι να έρθει ο 18ος και ο ανωτέρω μνημονευθής Axel Fredrik Cronstedt, φέρνοντας τους Ζεόλιθους στο φως της επιστήμης. Αλλά ποιος ήταν αυτός ο ευπατρίδης;

Λοιπόν, ο Axel Fredrik Cronstedt εκτός από Βαρόνος ήτανε και ένας εξαίρετος χημικός και μεταλλειολόγος, που ανάμεσα στα άλλα, υπήρξε εκείνος ο οποίος ανακάλυψε το 1751 και το Νικέλιο.

Το 1756 περιήλθαν στην κατοχή του δύο δείγματα από άγνωστα έως τότε ορυκτά, με προέλευση την Ισλανδία και την Σουηδία. Σε κάποια από τις εργασίες του με αυτό το υλικό, ο Cronstedt επιχείρησε να τήξει τους κρυστάλλους – όπως εικάζεται Στιλβίτη. Κατά την εξέλιξη της διαδικασίας, παρατήρησε πως οι θερμαινόμενοι κρύσταλλοι, απέβαλλαν άμεσα όλο το νερό που περιείχαν υπό μορφή φυσαλίδων, δίνοντας με αυτόν τον τρόπο την εντύπωση πως έβραζαν.

Με αφορμή ετούτο το γεγονός, και χάρις στην ευρύτατη κλασική παιδεία που είχε, ο Axel Fredrik Cronstedt αποφάσισε να ονομάσει το υλικό Ζεόλιθο.

Ωστόσο η πρώτη αδιαμφισβήτητη απόδειξη για την καταγραφή Ζεολίθου – του Χαμπαζίτη – δίδεται από τον Bosch D’ Antic το 1792.

19ος Αιώνας

Περίπου 50 χρόνια αργότερα, ένας άλλος ερευνητής που ασχολήθηκε με τους Ζεόλιθους, ήταν ο Γάλλος μεταλλειολόγος Augustin Alexis Damour (19 Ιουλίου 1808 – 22 Σεπτεμβρίου 1902. Μοιράζοντας το ενδιαφέρον του μεταξύ της επιστήμης του και της μελέτης της Προϊστορίας, το 1840 κάνει γνωστό πως οι κρύσταλλοι του Ζεολίθου, μπορούν αναστρέψιμα να αποδίδουν το νερό, χωρίς να μεταβάλλεται η δομή τους.

Προς τα τέλη του αιώνα, ο συμπατριώτης του και συνάδελφος μεταλλειολόγος αλλά και χημικός Charles Friedel (12 Μαρτίου 1832 – 20 Απριλίου 1899) καταδείχνει πως ο χώρος που μένει κενός σε έναν Ζεόλιθο μετά την αφυδάτωση, μπορεί να καλυφθεί από άλλα μόρια όπως είναι η αμμωνία, το διοξείδιο του άνθρακα, το υδρογόνο, το υδρόθειο και η αιθανόλη.

Σύγχρονη Εποχή

Πρωτοπόρος στην σύγχρονη έρευνα γύρω από τους Ζεόλιθους, υπήρξε ο Νεοζηλανδός χημικός Richard Maling Barrer (16 Ιουνίου 1910 – 12 Σεπτεμβρίου 1996). Το ερευνητικό του έργο επικεντρώθηκε στην διαπερατότητα των μεμβρανών, στην εκρόφηση, καθώς και στην σύνθεση των Ζεολίθων. Σε αυτόν οφείλεται η πρώτη ταξινόμηση των Ζεόλιθων και σε αυτόν οφείλει το όνομά του ο Ζεόλιθος Μπαρρερίτης (Barrerite).

Από τότε και μετά, οι Ζεόλιθοι γίναν αντικείμενο ερεύνης και αξιοποίησης από την βιομηχανία. Η δυνατότητα της δημιουργίας συνθετικών Ζεολίθων, προώθησε την ανάδειξή τους σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών, διαδίδοντας παράλληλα ακόμα περισσότερο την χρήση τους.

Ο αριθμός των συνθετικών Ζεολίθων ανέρχεται πλέον περίπου στους 160, ενώ αυτός των φυσικών φθάνει τους 67.

Ανάγλυφο των Αυτοχθόνων Ζαποτέκ από το Monte Albán
Ανάγλυφο των Αυτοχθόνων Ζαποτέκ από το Monte Albán

Δομή των Ζεολίθων

Το βασικό δομικό στοιχείο των Ζεολίθων είναι το τετράεδρο [(Si,Al)O4]-4. Το τετράεδρο συγκροτείται από 1 άτομο αργιλίου (αλουμινίου) ή πυριτίου που περιβάλλεται από 4, συμμετρικά τοποθετημένα ως προς το τετράεδρο, άτομα οξυγόνου. Η ατομική αναλογία του οξυγόνου προς τα άτομα του πυριτίου και του αργιλίου ισούται με δύο.

Πρωτογενής Δομική Μονάδα Ζεολίθου - Τετράεδρο

Από την ένωση των τετράεδρων, τα οποία ονομάζονται και πρωτογενείς δομικές μονάδες, προκύπτουν πολυεδρικές δευτερογενείς δομικές μονάδες που σχηματίζουν μονούς, διπλούς ή διακλαδισμένους δακτυλίους. Κάθε δακτύλιος περιέχει από 4 μέχρι και 16 τετράεδρα, ενώ η συνένωση των δακτυλίων αποφέρει τον σχηματισμό αλυσίδων και κελιών. Οι δακτύλιοι, οι αλυσίδες και τα κελιά προσδίδουν εντέλει την ξεχωριστή μορφή της εκάστοτε δομής των Ζεολίθων.

Χαρακτηριστικό της δομής όλων των Ζεολίθων, είναι η ύπαρξη μεγάλων κενών χώρων (δίαυλοι και κοιλότητες), ο όγκος των οποίων μπορεί να φθάσει έως και το 50% του αφυδατωμένου ορυκτού, ενώ το μέγεθος τους κυμαίνεται μεταξύ 0,22 και 1,18 nm.

Φυσικές & Χημικές Ιδιότητες

Χρώμα

Ο Ζεόλιθος απαντάται σε διάφορα χρώματα αλλά μπορεί να είναι και άχρωμος ή διαφανής. Λευκός, άχρωμος ή διαφανής είναι όταν βρίσκεται σε καθαρή μορφή, ενώ από πρασινωπός έως ελαφρώς καφετής-κοκκινωπός είναι όταν βρίσκεται με προσμίξεις.

Πυκνότητα

Η πυκνότητα του Ζεολίθου κυμαίνεται μεταξύ 2 έως 2,3 g/cm3, ενώ σε εκείνους που περιέχουν άφθονο βάριο (Ba) η πυκνότητα κυμαίνεται μεταξύ 2,5 και 2,8 g/cm3.

Φαινόμενο Ειδικό Βάρος

Ο Ζεόλιθος έχει φαινόμενο ειδικό βάρος κυμαινόμενο μεταξύ 0,80 και 0,90 g/cm3.

Δείκτες Διάθλασης

Οπτικά, οι δείκτες διάθλασης των ορυκτών του παίρνουν τιμές, το εύρος των οποίων βρίσκεται ανάμεσα στο 1,47 και 1,52.

Περιέχουσα Υγρασία & Απορρόφηση Νερού

Ως προς την υγρασία, ο Ζεόλιθος περιέχει λιγότερο από 3,9%, και ως προς την ικανότητα απορρόφησης νερού, αυτή κυμαίνεται μεταξύ 45 με 75 mL/100 g.

Ιοντοεναλλακτική Ικανότητα

Αναφέρθηκε προηγουμένως η ύπαρξη των καναλιών και των διαύλων. Μέσα σε αυτούς τους χώρους κυκλοφορούν ελεύθερα τα μόρια του νερού, καθώς και τα ασθενώς συγκρατούντα στο πλέγμα κατιόντα Νa, K, και του Ca. Τα κατιόντα ανταλλάσονται με μεγάλη ευκολία, λόγω της μεγάλης ιοντοεναλλακτικής ικανότητας που παρουσιάζει ο Ζεόλιθος. Συγκεκριμένα, η Εναλλακτική Ικανότητα Κατιόντων (C.E.C.) του ορυκτού βρίσκεται συνήθως μεταξύ 200 και 300 cmol kg-1, αλλά μπορεί να φθάσει μέχρι και τα 400 cmol kg-1.

Η ιοντοεναλλακτική ικανότητα των Ζεολίθων επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες. Οι πιο σημαντικοί από αυτούς είναι:

  • Τα χαρακτηριστικά της δομής του Ζεολίθου
  • Η πυκνότητα του ανιονικού φορτίου στο δομικό πλαίσιο
  • Το σχήμα και οι διαστάσεις του νέου κατιόντος
  • Το διαλυτικό μέσο
  • Το pH του διαλύματος
  • Η θερμοκρασία του διαλύματος
  • Η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη στο διάλυμα
  • Ο βαθμός υποκατάστασης των ιόντων Si από ιόντα Al

Ο πίνακας που ακολουθεί δίνει την Εναλλακτική Ικανότητα Κατιόντων  (C.E.C.) ορισμένων Ζεολίθων.

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)

C.E.C. (meq/g)

Λωμοντίτης

3.8 – 4.3

Ανάλκιμος

3.6 – 5.3

Εριονίτης

2.7 – 3.4

Φωγιασίτης

3.0 – 3.4

Φιλλιψίτης

2.9 – 5.6

Χαμπαζίτης

2.5 – 4.7

Κλινοπτιλόλιθος

2.0 – 2.6

Ευλανδίτης

2.2 – 2.5

Μορντενίτης

2.0 – 2.4

Φερριερίτης

2.1 – 2.3

Η ιοντοεναλλακτική ικανότητα που χαρακτηρίζει τους Ζεόλιθους, υπήρξε η πρώτη ιδιότητα αυτών των ορυκτών η οποία ερευνήθηκε σε βάθος.

Εκλεκτική Προσρόφηση

Εντός των πόρων των Ζεολίθων, εγκλωβίζονται διάφορα μόρια και ιόντα ποικίλων μεγεθών. Η δυνατότητα μοριακής διήθησης εξαρτάται από την κρυσταλλική δομή τους, καθώς και από την ικανότητα διαχωρισμού μορίων με βάση το μέγεθος, το σχήμα ή την πολικότητά τους, προσδίδοντας στον Ζεόλιθο ένα ακόμα αξιοσημείωτο γνώρισμα, αυτό της εκλεκτικής προσρόφησης.

Σε ετούτο το φαινόμενο οφείλεται ο χαρακτηρισμός του ως ‘μοριακό κόσκινο’, που αξιοποιείται κυρίως για τον διαχωρισμό αερίων μειγμάτων.

Ικανότητα Κατάλυσης

Η ικανότητα κατάλυσης των Ζεολίθων οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στις όξινες περιοχές που ενυπάρχουν διάσπαρτες σε διάφορα μέρη του κρυσταλλικού πλέγματός τους. Επίσης το μέγεθος, τόσο των επιφανειακών τους πόρων όσο των εσωτερικών τους κοιλοτήτων όπου λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις, επιδρά στην ικανότητα κατάλυσης. Ακόμα κάθε Ζεόλιθος μπορεί να επηρεάσει την εκλεκτικότητα μιας αντίδρασης, ως εξής:

  • Στην βάση της εκλεκτικότητας του αντιδρώντος
  • Στην βάση της εκλεκτικότητας του προϊόντος
  • Στην βάση της εκλεκτικότητας της μεταβατικής κατάστασης
  • Στην βάση του μοριακού ελέγχου της κυκλοφορίας

Θερμική Σταθερότητα

Η θερμική σταθερότητα των Ζεολίθων φθάνει τους 1000 οC.

Δομική Σταθερότητα

Κάθε Ζεόλιθος παρουσιάζει – αναλόγως του τύπου – εξαιρετική αντοχή σε όξινα ή αλκαλικά περιβάλλοντα καθώς και στην ραδιενέργεια (ως απορροφητής ραδιονουκλιδίων – κυρίως Sr και Cs). 

Νατρολίτης 5,0 cm από το Cape Split - Καναδάς
Νατρολίτης 5,0 cm από το Cape Split - Καναδάς

Ταξινόμηση των Ζεολίθων

Οι φυσικοί Ζεόλιθοι κατατάσσονται σε 8 οικογένειες, με τις 7 από αυτές να έχουν όνομα, μα για την όγδοη αναζητείται ακόμα νονός. Και ενώ ακολουθεί η λεπτομερής καταγραφή των 7 βαπτισμένων οικογενειών, σημειώνεται εδώ πως στην τελευταία και αβάπτιστη, περιλαμβάνονται ο ορυκτός Ζεόλιθος Ντασιαρδίτης (Dachiardite) και ο Τετρανατρολίτης ή Τετρανατρόλιθος (Tetranatrolite).

1.Αναλκιμίτες (Analcime)

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)Σχήμα (Shape)
Ανάλκιμος (Analcime)

 

 

Κυβικό/Τετραεδρικό

Cubic/Tetrahedral

Πολλιουσίτης (Pollucite)
Γουαϊρακίτης (Wairakite)
Μπελλμπερζίτης (Bellbergite)
Μπικιταίτης (Bikitaite)
Μπογκσίτης (Boggsite)
Βρεβστερίτης (Brewsterite)

2.Χαμπαζίτες (Chabazite)

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)Σχήμα (Shape)
Χαμπαζίτης (Chabazite)

 

 

 

 

Ρομβοεδρικό/Rhombohedral

Γουιλλχεντερσονίτης (Willhendersonite)
Κουλεσίτης (Cowlesite)
Ντασιαρντίτης (Dachiardite)
Εντινγκτονίτης (Edingtonite)
Επιστιλβίτης (Epistilbite)
Εριονίτης (Erionite)
Φωγιασίτης (Faujasite)
Φερριερίτης (Ferrierite)
Χερσιέλιθος (Herschelite)

3.Γισμονδινίτες (Gismondine)

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)Σχήμα (Shape)
Αμισίτης (Amicite)

 

 

Μονοκλινές/Ορθογωνικό

Monoclinic/Orthogonal

Γκαρρονίτης (Garronite)
Τζισμοντίνης (Gismondine)
Γκμελινίτης (Gmelinite)
Γκομπινσίτης (Gobbinsite)
Γοναρδίτης (Gonnardite)
Γκουσεκρεκίτης (Goosecreekite)

4.Χαρμοτομίτες (Harmotome)

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)Σχήμα (Shape)
Χαρμοτόμος (Harmotome)

 

Μονοκλινές/Monoclinic

Φιλλιψίτης (Phillipsite)
Γουελλσίτης (Wellsite)

5.Ευλανδίτες (Heulandite)

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)Σχήμα (Shape)
Κλινοπτιλόλιθος (Clinoptilolite)

 

 

 

 

Μονοκλινές/Ορθογωνικό

Monoclinic/Orthogonall

Ευλανδίτης (Heulandite)
Λωμοντίτης (Laumontite)
Λεβύνης (Levyne)
Μαζζίτης (Mazzite)
Μερλινουάτης (Merlinoite)
Μοντεσομαίτης (Montesommaite)
Μορντενίτης (Mordenite)
Μαρικοπαίτης (Maricopaite)

6.Νατρολίτες (Natrolite)

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)Σχήμα (Shape)
Μεσολίτης (Mesolite)

 

 

Ορθογωνικό/Τετραεδρικό

Orthogonal/Tetrahedral

Νατρολίτης (Natrolite)
Σκολεσίτης (Scolecite)
Οφφρετίτης (Offretite)
Παρανατρολίτης (Paranatrolite)
Πωλινζίτης (Paulingite)
Περλιαλίτης (Perlialite)

7.Στιλβίτες (Stilbite)

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)Σχήμα (Shape)
Μπαρρερίτης (Barrerite)

 

 

 

Μονοκλινές/Monoclinic

Στιλβίτης (Stilbite)
Στελλερίτης (Stellerite)
Τομσονίτης (Thomsonite)
Τσερνισίτης (Tschernichite)
Γιουγκαβαραλίτης (Yugawaralite)

Οι ευρύτερα χρησιμοποιούμενοι φυσικοί Ζεόλιθοι – αυτοί που έχουν βρει πεδίο εφαρμογής – είναι μόλις 9. Στον αμέσως επόμενο πίνακα καταγράφονται μαζί με τον χημικό τους τύπο.

Ζεόλιθος Ανάλκιμος 5,8 cm από το Cape Split - Καναδάς
Ζεόλιθος Ανάλκιμος 5,8 cm από το Cape Split - Καναδάς

Ευρύτερα Χρησιμοποιούμενοι Ζεόλιθοι

Ορυκτός Ζεόλιθος (Mineral)

Χημικός Τύπος

Ανάλκιμος

Na[AlSi2O6]H2O

Λωμοντίτης

(Ca4[Al8Si16)O48]16H2O)

Εριονίτης

(K2,Ca,Mg,Na)4,5[Al8Si27O72]28H2O

Φωγιασίτης

Na13Ca12Mg11[Al59Si133O384]235H2O

Φιλλιψίτης

(0,5Ca,Na,K)6[Al6Si10O32]12H2O

Χαμπαζίτης

Ca2[Al4Si8O24]12H2O

Κλινοπτιλόλιθος

Na6[Al6Si30O72]20H2O

Ευλανδίτης

Ca4[Al8Si28O72]24H2O

Μορντενίτης

Na8[Al8Si40O96]28H2O

Συνθετικοί Ζεόλιθοι

Ο πρώτος συνθετικός Ζεόλιθος δημιουργείται το 1948 από τον Richard Maling Barrer, έχοντας ως φυσικό ανάλογο τον Μορδενίτη. Λίγο αργότερα, αλλά την ίδια χρονιά ακολουθεί ο Milton, ο οποίος συνθέτει τον Ζεόλιθο Α.

Μεταξύ του 1954 και των αρχών της δεκαετίας του 1980, η έρευνα και η παραγωγή συνθετικών Ζεολίθων εκτινάσσεται.

Από τότε μέχρι σήμερα έχουν καταχωρηθεί, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, περισσότερες από 160 ξεχωριστές δομές συνθετικού Ζεολίθου με την προοπτική να γίνουν περισσότερες.

Ονοματοδοσία & Διάδοση Τύπων

Για την ονοματοδοσία καθενός ξεχωριστά των τύπων πλαισίου (φυσικών και συνθετικών) των κρυσταλλικών δομών, η Διεθνής Ομοσπονδία Ζεολίθων (International Zeolite Association – I.Z.A.) έχει θεσπίσει μια κωδική ονομασία. Η ονομασία αποδίδεται με την χρήση τριών γραμμάτων που προκύπτουν από το ‘είδος του υλικού’. Έτσι, ως παράδειγμα αναφέρεται η κωδική ονομασία FAU, η οποία προέρχεται από το ορυκτό Φωγιασίτης (Faujasite), και η MFI, η οποία προέρχεται από τον Ζεόλιθο ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-Five).

Οι συχνότερα χρησιμοποιούμενοι τύποι συνθετικών Ζεολίθων είναι:

  • Ζεόλιθος Α
  • Ζεόλιθος Χ
  • Ζεόλιθος B
  • Ζεόλιθος Υ
  • Ζεόλιθος SZM-5

Κατηγορίες Συνθετικών Ζεόλιθων

Οι συνθετικοί Ζεόλιθοι με βάση την περιεκτικότητά τους σε Πυρίτιο διακρίνονται σε:

  • Χαμηλής περιεκτικότητας (Si/Al ~1-1.5) – Low Silica Zeolite
  • Μέσης περιεκτικότητας (Si/All = 2-5) – Intermediate Silica Zeolite
  • Υψηλής περιεκτικότητας (Si/Al > 10) – High Silica Zeolite

Η κατηγοριοποίηση με κριτήριο τον λόγο Πυριτίου/Αργιλίου αντανακλά συγκεκριμένες ιδιότητες για κάθε ένα ξεχωριστό συνθετικό Ζεόλιθο. Συγκεκριμένα, ο μικρός λόγος Si/Al:

  • Αυξάνει την ιοντοεναλλακτική ικανότητα του υλικού
  • Προσδίδει μεγαλύτερη προσροφητική ικανότητα για πολικά μόρια

Αντίθετα, η υψηλή τιμή που μπορεί να λάβει ο λόγος Si/Al:

  • Αυξάνει την υδροθερμική σταθερότητα του υλικού
  • Προσδίδει μεγαλύτερη καταλυτική ενεργότητα
  • Μεγαλώνει την υδροφοβικότητα του υλικού ως προσροφητικό μέσο

Με τον έλεγχο της διαδικασίας παρασκευής, κάθε συνθετικός Ζεόλιθος μπορεί να μεταβάλλει αυτά τα χαρακτηριστικά, ώστε να ανταποκρίνονται στην εκάστοτε χρήση του υλικού.

Μια άλλη κατηγοριοποίηση, την οποία επιδέχεται κάθε συνθετικός Ζεόλιθος, γίνεται με κριτήριο το μέγεθος των πόρων του. Σύμφωνα προς αυτό, οι συνθετικοί Ζεόλιθοι διακρίνονται:

  • Σε μικροπορώδεις Ζεολίθους (Οκταμελείς δακτύλιοι)
  • Σε μεσοπορώδεις Ζεολίθους (Δεκαμελείς δακτύλιοι)
  • Σε μακροπορώδεις Ζεολίθους (Δωδεκαμελείς δακτύλιοι)
  • Σε υπερμακροπορώδεις Ζεολίθους (Δεκατετραμελείς+ δακτύλιοι)

Η κατηγοριοποίηση ως προς το πορώδες αντανακλά ένα διαφορετικό πεδίο ιδιοτήτων, αυτό της κατάλυσης. Πράγματι, το μέγεθος των πόρων επιδρά στο διαθέσιμο κενό χώρο του Ζεολίθου και επηρεάζει τα μόρια που μπορούν να προσροφηθούν και να εκροφηθούν.

Ζεόλιθος Κλινοπτιλόλιθος 5-8 mm
Ζεόλιθος Κλινοπτιλόλιθος 5-8 mm

Ο Ζεόλιθος, τα Διαθέσιμα Αποθέματα & η Παγκόσμια Παραγωγή

Μόλο που έχουν περάσει μερικές δεκαετίες από το τέλος του ψυχρού πολέμου, οι περισσότερες χώρες που διαθέτουν κοιτάσματα Ζεολίθων αλλά και οι περισσότερες εταιρείες που τα εκμεταλλεύονται δεν παρέχουν στοιχεία ή δίνουν ανακριβή στοιχεία σχετικά με το ύψος των αποθεμάτων.

Συνεπώς μόνο κατά προσέγγιση – και έχοντας σχετικά μικρή αξία – μπορεί να γίνει ο υπολογισμός των πραγματικών παγκόσμιων αποθεμάτων σε Ζεόλιθο. Και για να δωθεί μια εικόνα της σύγχισης που επικρατεί, αρκεί να αναφερθεί, πως σε πολλές εκτιμήσεις παρουσιάζονται ως Ζεολιθικά, κοιτάσματα στα οποία ο Ζεόλιθος περιέχεται σε μέτριες έως ελάχιστες συγκεντρώσεις.

Ζεόλιθος - Αποθέματα & Κοιτάσματα στην Ασία

Ιαπωνία: Το 1949 ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά κοίτασμα Ζεολίθων με μεγάλη περιεκτικότητα σε Κλινοπτινόλιθο μέσα σε συμπαγείς πράσινους τόφφους καθώς και κοιτάσματα Μορντενίτη. Σήμερα ο πρώτος εξάγεται από τις περιοχές Oshyamambe, Futatsui, Itaya, Nishiaizu και Shimane, ενώ ο δεύτερος από τις περιοχές Itado, Maji, Iizaka, Shiroise και Itaoroshi.

Ινδονησία: Διαθέτει Ζεολιθικά κοιτάσματα στην Σουμάτρα, στις περιοχές Panjung και στο όρος Rataiand, καθώς και στην Ιάβα. Τα μεταλλεύματα αποτελούνται από Κλινοπτιλόλιθο και Μορντενίτη, ενώ ο Κλινοπτιλόλιθος που βρίσκεται στο όρος Rataiand είναι υψηλής ποιότητας.

Ιορδανία: Διαθέτει κοιτάσματα που περιέχουν κυρίως Φιλλιψίτη, στις περιοχές Rashadieh, Tel Remah, Tel Hassan και Al Aritayn.

Κίνα: Είναι η μεγαλύτερη παραγωγός χώρα παγκοσμίως. Κοιτάσματα Ζεολίθου από διάφορες περιοχές αξιοποιούνται από μεταλλευτικές εταιρείες. Τα μεταλλεύματα περιέχουν Κλινοπτιλόλιθο, Μορντενίτη ή πούδρα Ζεόλιθου. Στις περοχές Tianjin και Tsagaantsav, ο Κλινοπτιλόλιθος που περιέχεται στα μεταλλεύματα φτάνει σε ποσοστό 80 έως 96%.

Νότιος Κορέα: Σημαντική παραγωγός χώρα. Διαθέτει κοιτάσματα Ζεόλιθου στο Tonghai και στην περιοχή του Guryongo. Το μετάλλευμα αποτελείται από Κλινοπτιλόλιθο και Μορντενίτη.

Τουρκία: Στις περιοχές Manisa και Gördes υπάρχουν Ζεολιθικά κοιτάσματα, που περιέχουν Κλινοπτιλόλιθο σε ποσοστό 85 έως 95%.

Ζεόλιθος - Αποθέματα & Κοιτάσματα στην Αυστραλία

Αυστραλία: Αποθέματα Κλινοπτιλόλιθου υπάρχουν στις περιοχές Werris Creek, Quirindi και Castle Mountain στην πολιτεία της Νέας Νότιας Ουαλίας. Επίσης στην Πολιτεία Κουίνσλαντ, στην περιοχή Willows.

Ζεόλιθος - Αποθέματα & Κοιτάσματα στην Αφρική

Νότια Αφρική: Στο όρος Lebombo υπάρχουν κοιτάσματα που περιέχουν 85 έως 90% Ζεόλιθο (Κλινοπτιλόλιθος και Μορντενίτης)  

Ζεόλιθος - Αποθέματα & Κοιτάσματα στην Βόρεια Αμερική

Ηνωμένες Πολιτείες: Κοιτάσματα φυσικών Ζεολίθων βρίσκονται στο Idaho, στο Bowie της Arizona, στην California, στο Cuchillo Negro του New Mexico, στο Oregon, στην Nevada και στο Texas. Εκτός απο την Αριζόνα, όπου το μετάλλευμα αποτελείται από Χαμπαζίτη, σε όλες τις άλλες περιοχές αποτελείται από Κλινοπτιλόλιθο.

Κούβα: Διαθέτει μεγάλα αποθέματα Ζεολίθων. Το μετάλλευμα αποτελείται από Κλινοπτινόλιθο (Caimanes και Moa), Ευλανδίτη (Carolinas), Μορντενίτη (Bueycito και Palenque) και Ανάλκιμο. Τα στρώματα μεταλλεύματος έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε Ca και χαμηλή περιεκτικότητα σε Na.

Μεξικό: Ζεολιθικά κοιτάσματα υπάρχουν στις περιοχές Chihuahua, Cuitzeo, Puebla (Κλινοπτινόλιθος και Ευλανδίτης), San Luis Potosí (Κλινοπτινόλιθος και Ευλανδίτης) και Sonora.

Ζεόλιθος - Αποθέματα & Κοιτάσματα στην Ευρώπη

Βουλγαρία: Κοιτάσματα Ζεολίθου βρίσκονται στην Ανατολική Ροδόπη, στις περιοχές Beli Plasti και Jelezni Vrata. Στην πρώτη υπάρχουν ικανοποιητικά αποθέματα Κλινοπτιλόλιθου, στην δεύτερη Ζεολιθικά πετρώματα και τόφφοι που αξιοποιούνται για την παραγωγή τσιμέντου.

Γερμανία: Στην περιοχή Kaiserstuhl υπάρχουν κοιτάσματα που περιέχουν περίπου 45% Ζεόλιθο.

Ελλάδα: Ζεολιθικά κοιτάσματα υψηλής ποιότητας υπάρχουν στην περιοχή του Έβρου, στο χωριό Πετρωτά (Κλινοπτιλόλιθος με Ευλανδίτη).

Ισπανία: Αποθέματα Ζεολίθων υπάρχουν στην Almeria (Μορντενίτης) και στην επαρχία της Madrid.

Ουγγαρία: Κοιτάσματα Ζεολίθων υπάρχουν στις περιοχές Mad-Suba, Ratka, Bodrogkereszturrr και Mad-Vasut. Οι πρώτες τρεις περιλαμβάνουν τόφφους Κλινοπτιλόλιθου, ενώ η τελευταία τόφφους Μορντενίτη.

Ουκρανία: Ζεολιθικά αποθέματα υπάρχουν στην περιοχή Sokyrnytske της πόλης Hust, στην περιφέρεια Ζακαρπάτια. Το βασικό μετάλλευμα είναι Κλινοπτιλόλιθος.

Παγκόσμια Παραγωγή Ζεόλιθου (2015)

Έχοντας υπόψιν τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, δίνεται στον πίνακα που ακολουθεί η εκτίμηση για την παγκόσμια παραγωγή Ζεολίθου το 2015.

ΧώραΠαραγωγή (σε t)
Κίνα<2.200.000
Νότια Κορέα250.000
Ηνωμένες Πολιτείες75.100
Τουρκία70.000
Νέα Ζηλανδία65.000
Κούβα43.000
Ιορδανία13.000
Μεξικό<2.500
Ινδονησία1.500

Η εκτίμηση της παγκόσμιας παραγωγής Ζεολίθου και σε γράφημα:

Γράφημα Παγκόσμιας Παραγωγής Ζεολίθου 2015

Οι χώρες που παράγουν φυσικούς Ζεολίθους, αλλά για τις οποίες δεν υπήρχαν επαρκή στοιχεία για την πραγματοποίηση σχετικά αξιόπιστων εκτιμήσεων παραγωγής, περιλαμβάνουν την Αργεντινή, την Αρμενία, την Αυστραλία, την Βουλγαρία, τον Καναδά, την Γεωργία, την Γερμανία, την Ελλάδα, την Ουγγαρία, το Ιράν, την Σλοβακία, την Σλοβενία, την Νότια Αφρική, την Ισπανία καθώς και την Ουκρανία.

Παγκόσμια Παραγωγή Συνθετικού Ζεολίθου

Ως στατιστικός επίλογος αναφέρεται πως η παγκόσμια παραγωγή συνθετικού Ζεολίθου το έτος 2018 εκτιμάται πως ανήλθε σε 12.000 t αποφέροντας έσοδα της τάξης των 5 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Κρυσταλλικό Σύμπλεγμα Στιλβίτη & Αποφυλλίτη
Κρυσταλλικό Σύμπλεγμα Στιλβίτη & Αποφυλλίτη

Ο Ζεόλιθος & η Χρήση του

Ο Ζεόλιθος, τόσο στην φυσική μορφή του όσο και ως συνθετικός αξιοποιείται σε πάμπολλους τομείς. Εξάλλου και οι δυό μορφές του Ζεολίθου είναι συμπληρωματικές στις διάφορες εφαρμογές και τούτο διότι:

  • Όπου το ζητούμενο, σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή, είναι η ομοιομορφία και η καθαρότητα του υλικού, τότε χρησιμοποιείται ο συνθετικός Ζεόλιθος
  • Απεναντίας, όπου το ζητούμενο δεν είναι η ομοιομορφία και η καθαρότητα του υλικού, τότε χρησιμοποιείται ο φυσικός Ζεόλιθος

Ο συνθετικός Ζεόλιθος αξιοποιείται σε εφαρμογές υψηλού κόστους, ενώ ο φυσικός Ζεόλιθος σε εφαρμογές χαμηλού κόστους.

Ο Ζεόλιθος στις Κατασκευές

Ο Ζεόλιθος χρησιμοποιείται ως συστατικό στην παραγωγή τσιμέντου,  ως υλικό πλήρωσης στην κατασκευή συμπιεσμένων σανίδων, καθώς και στην κατασκευή μεγάλης αντοχής, φυσικής και χημικής, ελαφρών τούβλων.

Ως πλεονεκτήματα αυτών των υλικών αναγνωρίζονται η ανθεκτικότητα και η ισχύς τους, τόσο στην απόξεση όσο και στην τριβή.

Επιπροσθέτως, ο Ζεόλιθος χρησιμοποιείται – όπως εδώ και 2.000 χρόνια – ως δομικό υλικό. Τα κτίσματα από Ζεόλιθο παρουσιάζουν αξιοσημείωτη θερμομονωτική ικανότητα, ενώ η χρήση τους στην κατασκευή σταύλων μειώνει την αμμωνία και την δυσοσμία του χώρου.

Ο Ζεόλιθος στην Βιομηχανία

Για την αντικατάσταση των φωσφορικών ενώσεων – οι οποίες ευθύνονται σε μεγάλο βαθμό για την μόλυνση και υποβάθμιση του υδάτινου περιβάλλοντος – γίνεται χρήση των Ζεολίθων από την βιομηχανία παρασκευής απορρυπαντικών.

Ένα ακόμα πεδίο εφαρμογής, είναι ο καθαρισμός των βιομηχανικών λυμμάτων αλλά και η χρήση των Ζεολίθων ως φίλτρων για την κατακράτηση διάφορων βλαβερών ουσιών καθώς και για την δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα.

Στην πετρελαιοβιομηχανία ο Ζεόλιθος χρησιμοποιείται, εκτός από τον καθαρισμό των πετροχημικών αγωγών, και ως καταλύτης τόσο στην φάση της διύλισης του πετρελαίου, όσο και για την παραγωγή υγρών καυσίμων υψηλής περιεκτικότητας σε οκτάνια.

Στην βιομηχανία φυσικού αερίου, ο Ζεόλιθος χρησιμοποιείται και στην παραγωγή αλλά και στην εξυγίανσή του.

Η αποδεδειγμένη αύξηση της ζωής των υφασμάτων και η σημαντική μείωση των αλλεργιών, που αυτά δυνητικά μπορεί να προκαλέσουν, έχει καταστήσει απαραίτητη την χρήση των Ζεολίθων από την υφασματοβιομηχανία.

Στην χαρτοβιομηχανία, ο Ζεόλιθος χρησιμοποιείται ως προσθετικό μάζας.

Ο Ζεόλιθος σε Περιβαλλοντικές Εφαρμογές

Ο Ζεόλιθος χρησιμοποείται ευρέως ως φίλτρο για την εξυγίανση του πόσιμου νερού. Και αυτό συμβαίνει διότι έχει αποδειχθεί η αποτελεσματικότητά του τόσο στην εξουδετέρωση των παθογόνων μικροοργανισμών, όσο και στην δέμευση των ιόντων αμμωνίου και βαρέων μετάλλων. Πολύτιμος είναι και ο ρόλος των Ζεολίθων στην δέσμευση και αφαίρεση ραδιενεργών ισοτόπων από πυρηνικά απόβλητα. Ο Ζεόλιθος χρησιμοποιείται ακόμα για τον καθαρισμό των αστικών λυμμάτων, επιφέροντας σημαντική αύξηση στα ποιοτικά χαρακτηριστικά.  

Ο Ζεόλιθος σε Αγροτικές Εφαρμογές

Γεωργία: Ο Ζεόλιθος έχει πάμπολλες εφαρμογές στον γεωργικό τομέα. Με την ανέλπιστη πραγματοποίηση της υπόσχεσης για ένα ειδικό αφιέρωμα μόνο σε αυτό το πεδίο χρήσης του, εδώ επιγραμματικά αναφέρεται η αξιοποίησή του:

  • Ως εδαφοβελτιωτικό
  • Ως επικουρικό υλικό στην αύξηση του συντελεστή απόδοσης των λιπασμάτων και της λίπανσης γενικότερα
  • Ως παράγοντας αύξησης της απόδοσης των καλλιεργειών
  • Ως παράγοντας αύξησης των ποιοτικών χαρακτηριστικών των γεωργικών προϊόντων
  • Ως μέσο μείωσης των χορηγούμενων ποσοτήτων νερού για την άρδευση των καλλιεργειών

Κτηνοτροφία: Ο ζεόλιθος χρησιμοποιείται ως προσθετικό στην τροφή πουλερικών, χοιρινών και βοοειδών. Ακόμα, η εφαρμογή του Ζεολίθου στους στάβλους και στις κτηνοτροφικές μονάδες σε ποσότητες 2 έως 3 κιλά ανά τετραγωνικό μέτρο, μειώνει την δυσωδία και απορροφά την αμμωνία, βελτιώνοντας αφενός της συνθήκες διαβίωσης των ζώων στους χώρους εκτροφής και αφετέρου κάνοντας πιο ευχάριστη την ζωή στους εργαζόμενους. Κατόπιν, αυτό το υλικό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως λίπασμα. Ακόμα ο Ζεόλθος αξιοποιείται ως αποσμητικό υλικό, με το να προστίθεται στην άμμο υγιεινής των κατοικιδίων, μειώνοντας την υγρασία και δυσοσμία της.

Ιχθυοκαλλιέργειες: Ο Ζεόλιθος χρησιμοποιείται ως πρόσθετη ύλη των ιχθυοτροφών καθώς και για τον καθαρισμό των υδάτων. Απομακρύνει την αμμωνία από τις δεξαμενές εκτροφής ψαριών, από τους περιέκτες μεταφοράς, όπως και από τα ενυδρεία ενώ δεσμεύει τα βαρέα μέταλλα και αυξάνει την ποσότητα του οξυγόνου στα αεριζόμενα ύδατα.

Ο Ζεόλιθος στην Υγεία

Ο Ζεόλιθος αξιοποιείται τόσο στην σύγχρονη ιατρική όσο και σε παραδοσιακά θεραπευτικά συστήματα, όπως το Κινέζικο. Σκευάσματα Ζεολίθου χρησιμοποιούνται για την θεραπεία του έλκους του στομάχου, αλλά και ως ρυθμιστικοί παράγοντες για την ελάττωση της οξύτητας του περιεχομένου αυτού. Η αιμοστατική δράση του Ζεόλιθου έχει κλινικά αποδειχθεί, για αυτό και μετέχει ως συστατικό ανάλογων φαρμάκων ενώ αξιοποιείται και ως αντιοξειδωτικό. Ακόμα μετέχει στην σύσταση αντιδιαρροϊικών και αντιχοληστερινικών σκευασμάτων, ενώ υπό μορφή σκόνης, δίδεται για την συντομότερη επούλωση των τραυμάτων.

Επιπροσθέτως, ο Ζεόλιθος αξιοποιείται και στην παρασκευή ιατρικών υλικών, όπως φίλτρα αναισθητικών μηχανημάτων κ.α.

Ροζ Κρύσταλλοι Χαμπαζίτη 9mm με Άχρωμο Ευλανδίτης
Ροζ Κρύσταλλοι Χαμπαζίτη 9mm με Άχρωμο Ευλανδίτης

Τοξικότητα του Ζεολίθου

Εάν η δόση κάνει το φάρμακο, τότε το μέσο κάνει την χρήση – το ορθό μέσο. Ένας φυσικός Ζεόλιθος έχει συνδεθεί με σοβαρές ασθένειες του αναπνευστικού συστήματος.

Επιδημιολογικές μελέτες σε χωριά της Καπαδοκίας στην Τουρκία, των οποίων οι κάτοικοι εμφάνιζαν υψηλά ποσοστά κακοήθους μεσοθηλιώματος, έδειξαν συσχέτιση της ασθένειας με τον φυσικό Ζεόλιθο ινώδους μορφής Εριονίτη.

Ο ζεολιθικός ηφαιστειακός τόφφος με τον Εριονίτη υπάρχει σε μεγάλες ποσότητες σε αυτήν την περιοχή και δείγματα αέρα που συλλέχθησαν περιείχαν ίνες του ορυκτού. Ακόμα, επιδημιολογική μελέτη στην ίδια περιοχή, απέκλεισε τον συσχετισμό του κακοήθους μεσοθηλιώματος με γεννετικούς παράγοντες.

Παραπομπές

Τις Παραπομπές του λήμματος Ζεόλιθος παρουσιάζει το συγκρότημα παραγωγής μεταλλικών ήχων Metallica με το τραγούδι τους Nothing Else Matters. (Nothing Else Matters?)

[printfriendly]

ΒΙΝΤΕΟ

Εργαστήριο Παραγωγής Μεταλλικών Ήχων Metallica – Nothing Else Matters

Κοινοποίηση

Η χρήση του υλικού, όπου δεν αναφέρονται δικαιώματα τρίτων, είναι απολύτως ελεύθερη. Η διάδοση του, ενδεχομένως, χρήσιμη.

Μετάβαση στο περιεχόμενο