Цеолиты

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Цеолит
Микропористое молекулярное строение цеолита

Цеолиты — большая группа близких по составу и свойствам минералов, водные алюмосиликаты кальция и натрия из подкласса каркасных силикатов, со стеклянным или перламутровым блеском, известных своей способностью отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности. Другим важным свойством цеолитов является способность к ионному обмену — они способны избирательно выделять и вновь впитывать различные вещества, а также обменивать катионы.

Наиболее распространённые представители группы цеолитов — натролит, шабазит, гейландит, стильбит (десмин), морденит, томсонит, ломонтит, клиноптилолит.[1]

Свойства[править | править код]

Кристаллическая структура цеолитов природных и искусственных образована тетраэдрическими группами SiO2/4 и AlO2/4, объединёнными общими вершинами в трёхмерный каркас, пронизанный полостями и каналами (окнами) размером 2—15 ангстремов. Открытая каркасно-полостная структура цеолитов [AlSi]O4 имеет отрицательный заряд, компенсирующийся противоионами (катионами металлов, аммония, алкиламмония и др. ионов, введённых по механизму ионного обмена) и легко дегидратирующимися молекулами воды.

Выделяют следующие свойства цеолитов благодаря которым их широко применяют:

Каждый вид цеолитов характеризуется определённым размером окон, поэтому молекулы других веществ поглощаются и пропускаются (при фильтрации) цеолитами избирательно. Это явление называют молекулярно-ситовым эффектом.

Виды цеолитов[править | править код]

По происхождению цеолиты разделяют на 2 большие группы:

  • природные цеолиты — имеют естественное происхождение, их делят на два вида:
    • осадочные
    • вулканические
  • синтетические — полученные в искусственным путём.

Микроскопически (по габитусу) выделяют:

На основе кристаллического строения цеолитов возможна дальнейшая их классификация.

Происхождение[править | править код]

По происхождению цеолиты — гидротермальные, экзогенные, реже метаморфические минералы. Встречаются в миндалинах вулканических пород, в песчаниках, аркозах и граувакках; в трещинах и пустотах гнейсов и кристаллических сланцев. Месторождения незначительны по объёму, но многочисленны и известны во всём мире.

Распространены довольно широко главным образом в низкотемпературных гидротермальных жилах, а также в миндалинах и трещинах эффузивных пород, где образуются как продукт поствулканических процессов.

Цеолиты получают также искусственно.

Месторождения цеолита[править | править код]

Основные разведанные запасы природных цеолитов сосредоточены в Европе, России, Японии и США. Объём разведанных запасов природных цеолитов в странах СНГ составляет порядка 1,6 млрд. т.

К наиболее крупным и целесообразным с точки зрения разработки месторождениям стран СНГ можно отнести Сокирницкое (Украина), Тедзамское и Дзегвское (Грузия), Айдагское (Азербайджан), Ноемберянское (Армения), Тайжузгенское и Чанканайское (Казахстан), Хотынецкое (Орловская область), Татарско-Шатрашанское (Республика Татарстан), Пегасское (Кемеровская область), Сахаптинское и Пашенское (Красноярский край), Холинское, Шивыртуйское и Бадинское (Читинская область), Хонгуруу (Республика Саха), Куликовское и Вангинское (Амурская область), Радденское (Хабаровский край), Чугуевское (Приморский край), Середочное (Хабаровский край), Лютогское и Чеховское (Сахалинская область), Пастбищное (Чукотский АО) и Ягоднинское (Камчатская область).

Общие разведанные запасы этих месторождений составляют более 80 % общих запасов стран СНГ. Основную массу сырья данных месторождений составляют клиноптилолитовые породы.[2]

Производство и добыча[править | править код]

Производство синтетических цеолитов[править | править код]

Добыча и переработка природного цеолита[править | править код]

По состоянию на 2016 год ежегодное добыча природного цеолита в мире составляет около 3 миллионов тонн. Основными добытчиками в 2010 году были: Китай (2 млн. т), Южная Корея (210 000 т), Япония (150 000 т), Иордания (140 000 т), Турция (100 000 т), Словакия (85 000 т) и Соединенные Штаты (59 000 т).[3] Доступность богатой цеолитом породы по низкой цене и нехватка конкурирующих минералов и горных пород, вероятно, являются наиболее важными причинами её широкомасштабного использования.

Применение[править | править код]

Искусственно синтезированные цеолиты (пермутиты) находят широкое применение в водоочистительных приборах в качестве адсорбентов, ионообменников, молекулярных сит; применяют в качестве доноров и акцепторов электронов. Используются в вакуумных насосах сорбционного типа. Также цеолиты получили весьма широкое применение как катализаторы многих процессов нефтехимии и нефтепереработки и как гетерогенные катализаторы. Широко используются в аналитической химии в качестве цеолит-модифицированных электродов; для обнаружения газов; для разделительных и концентрационных методов[4].

Применяется в аквариумистике, ветеринарии и в домашнем уходе за животными в качестве адсорбента и ионообменника, в качестве замены либо в дополнение к активированному углю.

Цеолит используется как кормовая добавка для животных и птиц, восполняющая потребность в минералах и улучшающая обмен веществ за счёт своих адсорбционных качеств. В качестве кормовой добавки желательно использовать мягкие цеолиты (ломонтит), так как твёрдые разновидности (клиноптилолит) могут раздражать желудочно-кишечный тракт.

Цеолиты широко применяются как замена фосфатов в стиральных порошках[5].

Для человека Комиссией по канцерогенным факторам при Минздраве РФ разрешён к применению без ограничений в пищевой и медицинской практике только цеолит Холинского месторождения. [6] Специально подготовленный цеолит данного месторождения признан безопасным (не раздражает желудочно-кишечный тракт) и обладающим полезными свойствами.

Используется как средство, восполняющее потребность в минералах и улучшающее обмен веществ. Оказывает влияние на течение воспалительных процессов и активность иммунной системы при различных острых и хронических нарушениях здоровья.[7][8][9][10]

В настоящее время является сырьём для производства безалкогольных напитков, специализированных продуктов питания и биологически активных добавок к пище. Также применяется в производстве косметики – производители заявляют достижение эффекта пилинга и глубокого очищения кожи.

Стандартизованный (специально подготовленный) природный цеолит — благодаря своему строению относится к группе природных катализаторов, регулирующих биохимические процессы в живой клетке организма. Адсорбенты, ионообменники, молекулярные сита[11].

Иммуномодулирующий эффект цеолита изучается так же достаточно давно.

В СССР изучение свойств природных минералов осуществлялось в рамках программы «Цеолиты России». Например, Сибирский институт геологии, геофизики и минерального сырья (СНИИГГиМС) занимался данной темой по заданию Министерства геологии СССР с 1986 г.

Отмечено, что на фоне введения в рацион цеолитов происходит активация системы фагоцитоза, антителообразования и повышение синтеза интерферона. По-видимому, указанное действие объясняется улучшением белкового обмена, восстановлением минерального обмена, а также способностью цеолита связывать различные токсические вещества, т.е. процессами, в конечном итоге повышающими функциональное состояние иммунного гомеостаза организма[12].

Исследования показали, что цеолиты обладают, например, свойствами оказывать противовоспалительное и иммуномодулирующее действие[13].

Показано, что они способны удалять из организма большинство отравляющих веществ как экзогенного происхождения (загрязнения высокоядовитыми солями тяжёлых металлов, радионуклидами), так и эндогенного (ядовитые метаболиты из околоклеточного пространства, продукты тканевого распада при различных патологических состояниях).

Кроме того, цеолиты повышают стрессоустойчивость, оказывают антисклеротическое действие, усиливают восстановительные процессы в тканях при их повреждении и т.д. [14].

Эти данные совпадают с мнением зарубежных учёных и подчёркивают значимость применения цеолитов при различных хронических заболеваниях[15].

Благодаря пуццолановой активности цеолиты применяют в строительстве как активную минеральную добавку для цементов, бетонов и строительных растворов.

Применяется также в системах жизнеобеспечения космических станций (МИР, МКС, Скайлэб) для поглощения выделяемого при дыхании углекислого газа. Цеолит пропитывается газом, но не любым, а в зависимости от диаметра молекулы. Углекислота захватывается, а азот и кислород почти нет. То есть цеолит действует как молекулярное сито. Чтобы цеолит не вымокал (на станции нормальная влажность, каждый человек выдыхает за сутки литр воды), сначала воздух сушится. Затем воздух охлаждается, после чего подаётся в камеру с цеолитом. Таких камер три (в российской установке) или две (в американской). Какое-то время одна из камер впитывает углекислый газ, затем поток воздуха подаётся в следующую. В это время внутрь предыдущих камер подаётся вакуум, а цеолит подогревается. Углекислый газ выходит из цеолита за пределы станции — в космос. Это один цикл. После этого можно снова использовать первую камеру для наполнения воздухом, а две другие поставить на выветривание в вакуум. Цеолитовые адсорбенты используются многократно.[16]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Administrator. Клиноптилолит (рус.). mir-mineralov.ru. Проверено 11 июля 2018.
  2. Обзор рынка природных цеолитов в СНГ.
  3. ZEOLITES (NATURAL).
  4. http://www.zeolite.spb.ru/usage.htm ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА -- ООО "ЦЕОЛИТ-ТРЕЙД" [неавторитетный источник?]
  5. Zeolites for Detergents // ZeoDet, Association of Detergent Zeolite Producers, 2000  (англ.)
  6. Пылев Л.Н., Заключение комиссии по канцерогенным факторам при Минздраве РФ, Москва, 1998
  7. Благитко Е.М. с соавт., Профилактические и лечебные свойства природных цеолитов, Новосибирск, 2000
  8. Бгатова Н.П., Использование биологически активных пищевых добавок на основе природных минералов для детоксикации организма, Новосибирск, 2000.
  9. Виноградов В.В., Акт о применении цеолитов для профилактики радиационных поражений в районе Чернобыльской АЭС, Институт физиологии СО АН, от 20.09.1986
  10. Материалы международной научно-практической конференции «Природные минералы на службе человека». Новосибирск, 1997
  11. ред. Прохоров, А.М.: Советский энциклопедический словарь 1984-1985 г. Изд. 3-е —  М.: Советская Энциклопедия, 1985. — 1600с.
  12. Гачечиладзе А.Г., Корсантия Б.М. Влияние цеолитов на показатели фагоцитоза // Первый Всесоюзный Иммунологический съезд 15-17 ноября, 1989, Сочи. —  М.: 1989. —  С.288.
  13. Маянская Н.Н., Новоселов Я.Б. Саногенетические принципы воздействия на организм средств на основе природных минералов —  Новосибирск, 2001. — 85с.
  14. Паничев А.М. Литофагия в мире животных и человека — М.: Наука, 1990. —  222с.
  15. Ortatatli M1, Oğuz H. Ameliorative effects of dietary clinoptilolite on pathological changes in broiler chickens during aflatoxicosis // Res Vet Sci — 2001 Aug., — №71:59-66.
  16. Углекислый газ на МКС (рус.). Проверено 14 ноября 2018.

Литература[править | править код]

  • Zeolites in Sedimentary Rocks. Ch. in United States Mineral Resources, Professional Paper 820, 1973.
  • Natural and Synthetic Zeolites. U.S. Bureau of Mines Information Circular 9140, 1987.
  • Frederick A. Mumpton (1999). “La roca magica: Uses of natural zeolites in agriculture and industry”. PNAS. 96 (7): 3463—3470. DOI:10.1073/pnas.96.7.3463.
  • «Zeolite-water close cycle solar refrigeration; numerical optimisation and field-testing», Jean-Baptiste Monnier; Dupont, M. Proc. Annu. Meet. — Am. Sect. Int. Sol. Energy Soc.; Vol/Issue: 6 pp 181—185; American Solar Energy Society meeting; 1 June 1983; Minneapolis, MN, USA
  • Cheetham, A.K. Solid State Chemistry. — Clarendon Press, 1992.

Ссылки[править | править код]