Цеолит представляет собой водный алюмосиликатный минерал, содержащий ионы металлов, таких как Na и Ca.
Различные структуры природных цеолитов и синтетических цеолитов
Содержание элементов Na, Ca, Al и Si в земной коре очень велико, и все они являются основными породообразующими элементами, поэтому цеолит должен быть относительно распространенным и широко распространенным породообразующим минералом.
После магматического процесса в магме сначала преобладает SiO4 из-за высокой температуры. Это слабая кислота, и ее нельзя сочетать с сильнощелочными катионами K+ и Na+, но можно сочетать с семейством щелочноземельных металлов Mg2+ и Fe2+. Наиболее ранними образовавшимися породами являются оливин, состоящий из Mgsio4 и Fesic4, и пироксен, состоящий из Mgsio3 и Fesic3. По мере постепенного снижения температуры появляются частицы Si4OR1 и Si2O-. Из-за повышенной кислотности он соединяется с более щелочными K+a+ и Ca2+ с образованием амфибола и слюды. Когда алюмосиликат появляется в магме, это сильная кислота, которая соединяется с ионами щелочного металла K+, Na+ и щелочноземельного металла Ca с образованием различных полевых шпатов. Поэтому на стадии намагничивания цеолита почти нет.
На гидротермальной стадии, по мере миграции гидротермального флюида и взаимодействия с окружающей породой, гидротермальный флюид постепенно меняется от кислого к слабощелочному, а слабощелочные условия способствуют образованию цеолита.
Мы знаем, что порядок кристаллизации минералов находится в порядке убывания энергии решетки. Для силикатных минералов сначала образуются острововидные структурные силикаты, затем цепочечные и слоистые структурные силикаты и, наконец, каркасные структурные силикаты. Наконец, на низкотемпературной гидротермальной стадии образуется небольшое количество цеолитов.
Так как минерализация цеолита ограничена проницаемостью породы, то минерализация более благоприятна только в тех местах, где полости и трещины пород относительно развиты. Это обуславливает неравномерное распределение цеолитовых минералов в породе. Хотя физико-химическая среда цеолитовой руды сильно различается в условиях развития полостей и трещин горных пород, цеолитовая руда, образующаяся в гидротермальных условиях, не подходит для промышленного производства.
Большая часть состава цеолитов образуется в результате реакции отложившихся алюмосиликатных минералов с поровой водой. (Или образуется в результате гидротермального изменения алюмосиликатных минералов). Из-за однородной текстуры исходной породы и относительно стабильных физических и химических условий для минерализации образование цеолитов во время диагенеза происходит медленно, поэтому могут образовываться важные промышленные месторождения.
Происхождение цеолита связано со следующими факторами.
Состав, размер зерен и проницаемость вмещающей породы. Пирокластическая вулканическая стеклянная порода (такая как перлит и т. д.) является наиболее благоприятной вмещающей породой для образования цеолита. Эти породы богаты SiO2, Al2O3, некоторым количеством CaO, Na2O и другими компонентами, которые обеспечивают необходимую материальную базу для образования цеолита. Кроме того, эти породы также имеют особое строение и развитые полости и трещины, создающие хорошие условия для циркуляции поровых вод. Например, риолитовые туфы и дацитовые туфы в основном образуют высококремнистые цеолит-клиноптилолит, морденит и др.; марганцевые туфы в основном образуют малокремнистые цеолит-филлипсит, стильбит, анальцим и др. Оранжевый стекловидный туф связан с фожазитом, анальцимом, стильбитом и морденитом. С ломонтитом и гейландитом связаны плагиоклазсодержащие песчаники и каменистые вулканические песчаники. Из вышеизложенного видно, что высококремнистые цеолиты с высоким содержанием щелочи образуются в основном в кислых породах, тогда как низкокремнистые цеолиты встречаются в основных породах с низким содержанием SiO2.
Значение pH поровой воды Достаточное количество поровой воды является основным фактором гидратации алюмосиликата с образованием цеолита, а значение pH водного раствора оказывает решающее влияние на образование цеолита. Если значение рН слишком низкое, может образоваться каолинит; если значение pH слишком высокое, может образоваться слоистый силикат. Только правильное значение pH (9~11) способствует образованию цеолита. Исследования показали, что вулканическое стекло не изменяется в течение миллиона лет в условиях рН=7,5-8,1, а в щелочных условиях, то есть при рН=9,1-9,9, вулканическое стекло может образовывать цеолит в течение десятков тысяч лет.
Это показывает, что правильный рН и соленость способствуют быстрому образованию цеолита в вулканическом стекле.
Температура и давление Цеолиты являются водосодержащими минералами и чувствительны к температуре и давлению. Обычно считается, что цеолит образуется при низкой температуре и низком давлении, но в условиях низкой температуры и низкого давления также может образовываться отслаивающийся камень. Благо образование цеолита достигается только при соответствующей температуре. Результаты показывают, что 100 – 250 ℃ благоприятствуют образованию цеолита. Из условий синтетического цеолита обычно благоприятны температура 100-180 ℃ и давление 980 кПа.
Парциальное давление CO2 также является важным фактором контроля стабильности цеолита. Слишком высокое значение снижает активность H2O и препятствует образованию цеолита; достаточное количество CO2 способствует образованию кальцита и неблагоприятно для образования цеолита. В условиях повышенной температуры и давления цеолит с меньшим содержанием воды и большой плотностью (например, мутный цеолит, цеолит) содержит больше воды. Многие и малые плотности цеолита (например, алмазный цеолит, листовой цеолит) стабильны. Когда температура захоронения осадка повышается до 150 ℃, цеолит заменяется полевым шпатом.
Основной катион и активный катион металла кремния, химическая активность оксида кремния и воды влияют на тип кристаллизующегося из раствора цеолита. Высокое значение рН будет способствовать образованию высокого содержания катионного цеолита. Если в растворе есть ионы водорода, то ионы водорода могут конкурировать с обменными катионами. В зависимости от количества конкурирующих ионов образуются силикаты с каркасной структурой (т.е. цеолит) или силикат со слоистой структурой (например, глинистые минералы).
Кроме того, соотношение активности катионов также влияет на тип цеолита. Отношение активности Ca2+ к активности Na+ высокое, и возможность образования цеолита clinique больше, чем у анальцитового цеолита, и возможность образования морденита больше, чем у гейландита, и возможность образования гейландитового цеолита больше, чем у цеолита анальцита из шабазита; Активность K+ и активность Ca2+ Отношение высокое, и возможность образования филлипсита выше, чем у шабазита.
Распределение погребенного цеолита имеет отчетливую вертикальную ленту. Менее плотные гидраты, как правило, располагаются близко к поверхности, и с увеличением глубины цеолит постепенно превращается в безводные каркасные алюмосиликатные минералы (такие как полевой шпат).
Месторождение цеолита на севере Кюсю, Япония, можно разделить на четыре зоны вниз от поверхности.
глубина 0,9~2,0 км – косые цеолиты, волокнистые цеолиты и полосы кварца.
глубина 2,0 ~ 2,8 км представляет собой зону пластового цеолита, цеолита, кварц-кальциевого полевого шпата и калиевого полевого шпата.
на глубине 2,8~3,0 км расположены полосы лаумонитового цеолита, кварц-натриевого полевого шпата, хлорита, хлорита и калиевого полевого шпата.
глубина 3,0~5,0 км сложена полосами кварц-натриевого полевого шпата, доломита, хлорита и калиевого полевого шпата. Обычно считается, что эта зональность связана с различными факторами, такими как геотермический градиент, твердое давление, химический градиент раствора трещины, минеральный состав породы.
Кроме того, согласно текущему выходу цеолита также считается, что распределение цеолита связано с геологическим возрастом. В настоящее время большинство известных в мире месторождений цеолитов образовано в период от мезозоя до кайнозоя. Например, филлипсит, клиноптилолит, эрионит, морденит и шабазит чаще встречаются в кайнозойских породах, чем в докайнозойских. Обилие этих цеолитов уменьшается с возрастом пород от мезозоя до палеозоя.
Справка: