La zeolita es un mineral de aluminosilicato hidratado que contiene iones metálicos como Na y Ca. Los ingenieros encontraron cada vez más estructuras diferentes de zeolitas naturales y el origen de la zeolita en minerales naturales y catalizadores.
Diferentes Estructuras de Zeolitas Naturales y Zeolitas Sintéticas
El contenido de elementos de Na, Ca, Al y Si en la corteza terrestre es muy rico, y todos ellos son los principales elementos formadores de rocas, por lo que la zeolita debería ser un mineral formador de rocas relativamente común y ampliamente distribuido.
Después del proceso del magma, el magma está dominado por SiO4 al principio debido a la alta temperatura. Es un ácido débil y no se puede combinar con los cationes fuertemente alcalinos K+ y Na+, pero se puede combinar con la familia de metales alcalinotérreos de Mg2+ y Fe2+.
Las rocas formadas más tempranas son el olivino compuesto por Mgsio4 y Fesic4 y el piroxeno compuesto por Mgsio3 y Fesic3. A medida que la temperatura desciende gradualmente, aparecen las especies Si4OR1 y Si2O-. Debido al aumento de la acidez, se combina con los más alcalinos K+a+ y Ca2+ para formar anfíboles y mica. Cuando el aluminosilicato aparece en el magma, es un ácido fuerte que se combina con iones de metales alcalinos K+, Na+ y Ca de metales alcalinotérreos para formar varios feldespatos. Por lo tanto, casi no hay zeolita en la etapa de magnetización.
En la etapa hidrotermal, a medida que el fluido hidrotermal migra e interactúa con la roca circundante, el fluido hidrotermal cambia gradualmente de ácido a débilmente alcalino, y las condiciones débilmente alcalinas conducen a la formación de zeolita.
Sabemos que el orden de cristalización de los minerales es el orden decreciente de energía reticular. Para los minerales de silicato, los silicatos estructurales en forma de isla se forman primero, seguidos por los silicatos estructurales en forma de cadena y en capas y, por último, los silicatos estructurales en forma de estructura. Finalmente, se forman pocas zeolitas en la etapa hidrotermal de baja temperatura.
Dado que la mineralización de la zeolita está restringida por la permeabilidad de la roca, la mineralización es más favorable solo en las áreas donde las cavidades y fisuras de la roca están relativamente desarrolladas. Esto provoca la distribución desigual de los minerales de zeolita en la roca. Aunque el entorno físico y químico del mineral de zeolita es muy diferente en las condiciones de desarrollo de las cavidades y fisuras de las rocas, el mineral de zeolita generado en condiciones hidrotermales no es propicio para la producción industrial.
La mayoría de composición de zeolita se forma por la reacción de minerales de aluminosilicato depositados con agua intersticial. (o formado por alteración hidrotermal de minerales aluminosilicatos). Debido a la textura uniforme de la roca original y las condiciones físicas y químicas relativamente estables para la mineralización, la formación de zeolitas es lenta durante la diagénesis, por lo que se pueden formar importantes depósitos industriales.
El origen de la zeolita está relacionado con los siguientes factores
La composición, el tamaño de grano y la permeabilidad de la roca huésped. La roca de vidrio volcánica piroclástica (como la perlita, etc.) es la roca huésped más favorable para la formación de zeolita. Estas rocas son ricas en SiO2, Al2O3 y cierta cantidad de CaO, Na2O y otros componentes, que proporcionan la base material necesaria para la formación de la zeolita. Además, estas rocas también tienen estructuras especiales y cavidades y fisuras desarrolladas, que proporcionan buenas condiciones para la circulación del agua intersticial.
Por ejemplo, la toba de riolita y la toba de dacita forman principalmente zeolita con alto contenido de sílice, clinoptilolita, mordenita, etc.; La toba de manganeso forma principalmente zeolita con bajo contenido de sílice: phillipsita, estilbita, analcima, etc. La toba vítrea naranja está relacionada con faujasita, analcima, estilbita y mordenita. La arenisca que contiene plagioclasa y la arenisca volcánica pedregosa están relacionadas con laumontita y heulandita. De lo anterior se puede ver que las zeolitas con alto contenido de sílice y alto contenido de álcali se producen principalmente en rocas ácidas, mientras que las zeolitas con bajo contenido de sílice se producen en rocas básicas con bajo contenido de SiO2.
El valor de pH del agua intersticial Suficiente agua intersticial es el factor básico para hidratar el aluminosilicato para formar zeolita, y el valor de pH de la solución acuosa tiene una influencia decisiva en la formación de zeolita. Si el valor del pH es demasiado bajo, se puede formar caolinita; si el valor del pH es demasiado alto, se pueden formar capas de silicato. Sólo un valor de pH adecuado (9~11) es propicio para formación de zeolitas. Los estudios han demostrado que el vidrio volcánico no cambia en un millón de años en condiciones de pH=7,5-8,1, y en condiciones alcalinas, es decir, a pH=9,1-9,9, el vidrio volcánico puede formar zeolita durante decenas de miles de años.
Esto demuestra que el pH y la salinidad adecuados conducen a la rápida formación de zeolita en el vidrio volcánico.
Temperatura y presión Las zeolitas son minerales que contienen agua y son susceptibles a la temperatura y la presión. Generalmente se cree que la zeolita se forma a baja temperatura y baja presión, pero las condiciones de baja temperatura y baja presión también pueden generar la piedra que se pela. El beneficio de la formación de zeolitas se logra solo a la temperatura adecuada. Los resultados muestran que 100 – 250 ℃ favorecen la formación de zeolitas. De las condiciones de la zeolita sintética, la temperatura de 100 a 180 ℃ y la presión de 980 kPa son generalmente favorables.
La presión parcial de CO2 también es un factor de control importante sobre la estabilidad de la zeolita. Al ser demasiado alto reduce la actividad de H2O y dificulta la formación de zeolita; suficiente CO2 promueve la formación de calcita y es desfavorable para la formación de zeolita. En condiciones de mayor temperatura y presión, la zeolita con menos agua y gran densidad (como la zeolita turbia, la zeolita) contiene más agua. Muchas y pequeñas densidades de zeolita (como la zeolita de diamante, la zeolita en láminas) son estables. Cuando la temperatura del entierro del sedimento sube a 150 ℃, la zeolita se reemplaza por feldespato.
El catión básico y el catión metálico activo del silicio, la actividad química de óxido de silicio, y el agua influyen en el tipo de zeolita cristalizada de la solución. El alto valor de pH promoverá la formación del alto contenido de zeolita catiónica. Si hay iones de hidrógeno en la solución, los iones de hidrógeno pueden competir con los cationes intercambiables. De acuerdo con el número de iones que compiten, un silicato de estructura estructural (es decir, zeolita) o una estructura en capas silicato (como minerales arcillosos) se forman.
Además, la relación de actividad catiónica también afecta el tipo de zeolita. La relación de actividad de Ca2+ a actividad de Na+ es alta, y la posibilidad de formar zeolita clinique es mayor que la de zeolita analcita, y la posibilidad de formar mordenita es mayor que la de heulandita, y la posibilidad de formar zeolita heulandita es mayor que eso de cabacita; Actividad de K+ y actividad de Ca2+ La relación es alta, y la posibilidad de formar phillipsita es mayor que la chabazita.
La distribución de la zeolita de profundidad enterrada tiene una cinta vertical distintiva. Los hidratos menos densos tienden a estar cerca de la superficie y, a medida que aumenta la profundidad, la zeolita gradualmente se convierte en un marco anhidro. silicato de aluminio minerales (como el feldespato).
El depósito de zeolita en el norte de Kyushu, Japón, se puede dividir en cuatro zonas hacia abajo desde la superficie.
la profundidad de 0,9 ~ 2,0 km es zeolita oblicua, zeolita de filamento y bandas de cuarzo.
profundidad 2.0~2.8km es una hoja de zeolita, zeolita, cuarzo feldespato de calcio y zona de feldespato de potasio.
profundidad 2.8~3.0km son bandas de zeolita laumonita, cuarzo feldespato sódico, clorita, clorita y feldespato potásico.
La profundidad de 3,0 a 5,0 km está compuesta por bandas de cuarzo, feldespato sódico, dolomita, clorita y feldespato potásico. En general, se considera que esta zonificación está relacionada con varios factores, como el gradiente geotérmico, la presión sólida, el gradiente químico de la solución de grietas y la composición mineral de la roca.
Además, según la producción actual de zeolita, también se cree que la distribución de la zeolita está relacionada con la edad geológica. En la actualidad, la mayor parte de los yacimientos de zeolitas conocidos en el mundo se forman en el Mesozoico al Cenozoico. Por ejemplo, la phillipsita, la clinoptilolita, la erionita, la mordenita y la chabazita son más comunes en las formaciones rocosas cenozoicas que en las formaciones rocosas precenozoicas. La abundancia de estas zeolitas disminuye con la edad de las rocas del Mesozoico al Paleozoico.
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