ゼオライトの組成とゼオライトの由来

天然ゼオライト クリノプチロライト 構造、性質、事実

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ゼオライトの組成とゼオライトの由来

ゼオライトは、NaやCaなどの金属イオンを含む含水アルミノケイ酸塩鉱物です。エンジニアは、天然ゼオライトのますます異なる構造と、天然鉱物および触媒中のゼオライトの起源を発見しました。

天然ゼオライトと合成ゼオライトの構造の違い

structure of natural zeolites and synthetic zeolites
技術者たちは、天然の鉱物や触媒中に、天然ゼオライトと合成ゼオライトの構造がますます異なっていることを発見しました。

地殻中の Na、Ca、Al、および Si 元素の含有量は非常に豊富であり、それらはすべて主要な造岩元素であるため、ゼオライトは比較的一般的で広く分布している造岩鉱物であるはずです。

マグマ プロセスの後、マグマは高温のため、最初は SiO4 によって支配されます。これは弱酸であり、強アルカリ性カチオンである K+ および Na+ と結合することはできませんが、Mg2+ および Fe2+ のアルカリ土類金属ファミリーと結合することができます。

最も初期に形成された岩石は、Mgsio4 と Fesic4 で構成されるカンラン石と、Mgsio3 と Fesic3 で構成される輝石です。温度が徐々に下がると、Si4OR1 と Si2O- 種が現れます。酸性度の増加により、よりアルカリ性の K+a+ および Ca2+ と結合して、角閃石および雲母を形成します。アルミノケイ酸塩がマグマに現れると、アルカリ金属の K+、Na+、アルカリ土類金属の Ca イオンと結合してさまざまな長石を形成する強酸です。したがって、磁化段階のゼオライトはほとんどありません。

熱水段階では、熱水が移動して周囲の岩石と相互作用するため、熱水は酸性から弱アルカリ性に徐々に変化し、弱アルカリ性条件はゼオライトの形成を助長します。

鉱物の結晶化順序は、格子エネルギーが減少する順序であることが知られています。ケイ酸塩鉱物の場合、島状の構造ケイ酸塩が最初に形成され、続いて鎖状および層状の構造ケイ酸塩が形成され、最後に骨格状の構造ケイ酸塩が形成されます。最後に、低温熱水段階ではほとんどゼオライトが形成されません。

ゼオライトの鉱化作用は岩石の透水性によって制限されるため、岩盤の空洞や亀裂が比較的発達している部分だけが鉱化作用が良好になります。これにより、岩石中のゼオライト鉱物の分布が不均一になります。ゼオライト鉱石の物理的および化学的環境は、岩の空洞および亀裂の発達の条件下では非常に異なりますが、熱水条件下で生成されたゼオライト鉱石は工業生産に役立ちません。

ほとんど ゼオライト組成 堆積したアルミノケイ酸塩鉱物と間隙水との反応によって形成されます。 (またはアルミノケイ酸塩鉱物の熱水変質によって形成されます)。均一な質感のため、 オリジナルロック 無機化のための比較的安定した物理的および化学的条件により、ゼオライトの形成は続成作用の間遅くなり、重要な産業鉱床が形成される可能性があります。

ゼオライトの起源には、次の要因が関係しています。


母岩の組成、粒径、透水性。火砕火山ガラス岩(パーライトなど)は、ゼオライトの形成に最も適した母岩です。これらの岩石は、ゼオライトの形成に必要な材料の基礎を提供する、SiO2、Al2O3、および一定量の CaO、Na2O、およびその他の成分が豊富です。さらに、これらの岩石には特殊な構造があり、空洞や亀裂が発達しており、間隙水の循環に適した条件を提供しています。

例えば、流紋岩凝灰岩やデイサイト凝灰岩は主に高シリカゼオライト-クリノプチロライト、モルデナイトなどを形成します。マンガン凝灰岩は、主に低シリカゼオライト、フィリップサイト、スティルバイト、アナルチームなどを形成します。斜長石を含む砂岩と石の多い火山性砂岩は、ラウモンタイトとヒューランダイトに関連しています。以上のことから、アルカリ含有量の高い高シリカゼオライトは主に酸性岩で生成され、低シリカゼオライトは SiO2 含有量の低い塩基性岩石で生成されることがわかります。

間隙水のpH値 十分な間隙水は、アルミノシリケートを水和してゼオライトを形成するための基本的な要因であり、水溶液のpH値はゼオライトの形成に決定的な影響を与えます。 pH 値が低すぎると、カオリナイトが形成されることがあります。 pH 値が高すぎると、層状ケイ酸塩が形成されることがあります。適切なpH値(9~11)だけが助長されます ゼオライト形成.研究によると、火山ガラスはpH=7.5~8.1の条件下では100万年以内に変化せず、pH=9.1~9.9のアルカリ性条件下では、火山ガラスは数万年にわたってゼオライトを形成することができます。

これは、適切な pH と塩分濃度が火山ガラス中のゼオライトの急速な形成を助長することを示しています。
温度と圧力 ゼオライトは含水鉱物であり、温度と圧力の影響を受けやすい.一般にゼオライトは低温低圧で生成すると考えられていますが、低温低圧でも剥離石が発生することがあります。ゼオライト形成の利点は、適切な温度でのみ達成されます。結果は、100~250℃がゼオライトの形成に有利であることを示しています。合成ゼオライトの条件から、温度は100~180℃、圧力は980kPaが一般的です。


CO2 の分圧も、ゼオライトの安定性を制御する重要な要素です。高すぎると、H2O の活性が低下し、ゼオライトの形成が妨げられます。十分な CO2 は方解石の形成を促進し、ゼオライトの形成には不利です。温度と圧力が上昇した条件下では、水が少なく、密度が大きいゼオライト(濁ったゼオライト、ゼオライトなど)は、より多くの水を含みます。ゼオライト(ダイヤモンドゼオライト、シートゼオライトなど)の密度が多くても小さくても安定です。堆積物埋設温度が150℃まで上昇すると、ゼオライトは長石に置き換わります。


シリコンの塩基性カチオンと活性金属カチオン、化学活性 酸化ケイ素、および水は、溶液から結晶化するゼオライトの種類に影響を与えます。高いpH値は、カチオン性ゼオライトの高含量の形成を促進する。溶液中に水素イオンが存在する場合、水素イオンは交換可能な陽イオンと競合する可能性があります。競合するイオンの数に応じて、骨格構造のケイ酸塩(ゼオライト)または層状構造 ケイ酸塩 (粘土鉱物など)が形成されます。


また、カチオン活性の比率もゼオライトの種類に影響します。 Na+活性に対するCa2+活性の比率が高く、クリニークゼオライトを形成する可能性はアナルサイトゼオライトよりも大きく、モルデナイトを形成する可能性はヒューランダイトよりも大きく、ヒューランダイトゼオライトを形成する可能性はそれよりも大きいチャバサイト; K+活量とCa2+活量の比率が高く、チャバザイトよりもフィリップサイトを形成する可能性が高い。


埋もれた深さのゼオライトの分布には、明確な垂直リボンがあります。密度の低い水和物は表面に近い傾向があり、深さが増すにつれて、ゼオライトは徐々に無水フレームに移行します ケイ酸アルミニウム 鉱物(長石など)。


日本の九州北部にあるゼオライト鉱床は、表面から下に向かって 4 つのゾーンに分けることができます。


深さ0.9~2.0kmは斜めゼオライト、フィラメントゼオライト、石英帯。
深さ2.0~2.8kmはシートゼオライト、ゼオライト、石英カルシウム長石、カリ長石帯です。
深さ2.8~3.0kmは、ラウモナイトゼオライト、石英ナトリウム長石、緑泥石、緑泥石、カリウム長石のバンドです。
深さ 3.0~5.0km は、石英ナトリウム長石、ドロマイト、緑泥石、カリウム長石帯で構成されています。この帯状構造は、地熱勾配、固体圧力、亀裂溶液の化学的勾配、および岩石の鉱物組成などのさまざまな要因に関連していると一般に考えられています。


さらに、ゼオライトの現在の産出量によると、ゼオライトの分布は地質年代に関連していると考えられています。現在、世界で知られているゼオライト鉱床のほとんどは、中生代から新生代に形成されています。たとえば、フィリップサイト、クリノプチロライト、エリオナイト、モルデナイト、チャバザイトは、前新生代の岩層よりも新生代の岩層でより一般的です。これらのゼオライトの存在量は、中生代から古生代の岩石の年代とともに減少します。

参照:

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