ゼオライトの組成とゼオライトの起源

天然ゼオライトクリノプチロライトの構造、特性、事実

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ゼオライトの組成とゼオライトの起源

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。

天然ゼオライトと合成ゼオライトの異なる構造

structure of natural zeolites and synthetic zeolites
エンジニアは、天然の鉱物や触媒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ることを発見しました。

地殻中のNa、Ca、Al、Si元素の含有量は非常に豊富で、これらはすべて主要な岩石形成元素であるため、ゼオライトは比較的一般的で広く分布している岩石形成鉱物である必要があります。

マグマプロセスの後、マグマは高温のために最初はSiO4によって支配されます。これは弱酸であり、強アルカリカチオンK+およびNa+と組み合わせることができませんが、Mg2+およびFe2+のアルカリ土類金属ファミリーと組み合わせることができます。最も初期に形成された岩石は、Mgsio4とFesic4で構成されるかんらん石と、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。酸性度が増すため、よりアルカリ性のK + a+およびCa2+と結合して、角閃石と雲母を形成します。アルミノケイ酸塩がマグマに現れるとき、それはアルカリ金属K +、Na +およびアルカリ土類金属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、磁化段階ではゼオライトはほとんどありません。

熱水段階では、熱水流体が移動して周囲の岩石と相互作用するにつれて、熱水流体は徐々に酸性から弱アルカリ性に変化し、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わかっています。ケイ酸塩鉱物の場合、島のような構造ケイ酸塩が最初に形成され、次に鎖状および層状の構造ケイ酸塩、最後にフレームワークのような構造ケイ酸塩が形成されます。最後に、低温熱水段階で生成されるゼオライトはほとんどありません。

ゼオライトの鉱化作用は岩石の浸透性によって制限されるため、鉱化作用は岩石の空洞と割れ目が比較的発達している領域でのみより有利です。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、岩石の空洞および亀裂の発達の条件下では非常に異なるが、熱水条件下で生成されたゼオライト鉱石は、工業生産を助長しない。

ゼオライト組成のほとんどは、堆積したアルミノケイ酸塩鉱物と細孔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)。元の岩石の均一なテクスチャーと鉱化作用の比較的安定した物理的および化学的条件により、続成作用中のゼオライトの形成は遅く、重要な工業用堆積物が形成される可能性があります。

ゼオライトの起源は以下の要因に関係しています


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、SiO2、Al2O3、および一定量のCaO、Na2O、およびゼオライトの形成に必要な材料基盤を提供するその他の成分が豊富です。さらに、これらの岩石は特殊な構造を持ち、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ます。たとえば、流紋岩凝灰岩と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-灰十字沸石、束沸石、方沸石などを形成します。オレンジ色のガラス質凝灰岩はフォージャサイト、方沸石、束沸石、モルデナイトに関連しています。斜長石を含む砂岩と石の多い火山性砂岩は、濁沸石と輝沸石に関連しています。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低SiO2含有量の塩基性岩で生成されることがわかります。
細孔水のpH値十分な細孔水は、アルミノケイ酸塩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及ぼします。 pH値が低すぎると、カオリナイトが生成される可能性があります。 pH値が高すぎると、層状ケイ酸塩が形成される可能性があります。適切なpH値(9〜11)のみがゼオライトの形成を助長します。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、アルカリ性の条件下、つまりpH = 9.1〜9.9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可能性があります。

これは、適切なpHと塩分が火山ガラス中のゼオライトの急速な形成を助長していることを示しています。
温度と圧力の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くなっています。ゼオライトは低温低圧で形成されると一般に考えられていますが、低温低圧条件でも剥離石が発生する可能性があります。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、100〜180℃の温度と980kPaの圧力が一般的に好ましい。


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不利です。温度と圧力が上昇した条件下では、水分が少なく密度が高いゼオライト(混濁ゼオライト、ゼオライトなど)には、より多くの水分が含まれます。多くの小さな密度のゼオライト(ダイヤモンドゼオライト、シートゼオライトなど)は安定しています。堆積物の埋没温度が150℃に上昇すると、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、酸化シリコンの化学的活性、および水は、溶液から結晶化するゼオライトのタイプに影響を与えます。高いpH値は、カチオン性ゼオライトの高含有量の形成を促進します。溶液中に水素イオンが含まれている場合、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(すなわちゼオライト)または層状構造のケイ酸塩(粘土鉱物など)が形成されます。


さらに、カチオン活性の比率もゼオライトの種類に影響を与えます。 Ca2+活性とNa+活性の比が高く、クリニークゼオライトを形成する可能性は方沸石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輝沸石よりも大きく、輝沸石ゼオライトを形成する可能性はそれよりも大きい。チャバザイトの; K+活性とCa2+活性比が高く、菱沸石よりも灰十字沸石を形成する可能性が高い。


埋没深度ゼオライトの分布は、明確な垂直リボンを持っています。密度の低い水和物は表面に近づく傾向があり、深さが増すにつれて、ゼオライトは徐々に無水フレームのケイ酸アルミニウム鉱物(長石など)に変化します。


日本の北部九州のゼオライト鉱床は、地表から下に向かって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、石英バンドです。
深さ2.0〜2.8kmは、シート状ゼオライト、ゼオライト、石英カルシウム長石、カリウム長石ゾーンです。
深さ2.8〜3.0kmは、濁沸石ゼオライト、石英ナトリウム長石、亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、カリウム長石の帯です。
深さ3.0〜5.0kmは、石英長石、苦灰石、緑泥石、カリウム長石の帯で構成されています。この帯状分布は、一般に、地熱勾配、固体圧力、亀裂溶液の化学勾配、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考えられています。


また、ゼオライトの現在の産出量によれば、ゼオライトの分布は地質年代に関係しているとも考えられています。現在、世界で知られているゼオライト堆積物のほとんどは、中生代から新生代に形成されています。たとえば、灰十字沸石、クリノプチロライト、エリオン沸石、モルデナイト、および菱沸石は、新生代前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:

1バルクゼオライト砂はどこから購入できますか?

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