องค์ประกอบของซีโอไลต์และที่มาของเทคโนโลยีซีโอไลต์

ซีโอไลต์เป็นแร่อะลูมิโนซิลิเกตที่มีน้ำซึ่งมีไอออนของโลหะเช่น Na และ Ca วิศวกรพบโครงสร้างที่แตกต่างกันมากขึ้นของซีโอไลต์ธรรมชาติและที่มาของซีโอไลต์ในแร่ธาตุและตัวเร่งปฏิกิริยาตามธรรมชาติ

โครงสร้างต่างๆ ของซีโอไลต์ธรรมชาติและซีโอไลต์สังเคราะห์

เนื้อหาของธาตุ Na, Ca, Al และ Si ในเปลือกโลกนั้นอุดมสมบูรณ์มาก และล้วนเป็นองค์ประกอบหลักในการก่อหิน ดังนั้นซีโอไลต์จึงควรเป็นแร่ที่ก่อตัวเป็นหินที่พบได้ทั่วไปและกระจายอยู่ทั่วไป

หลังจากกระบวนการของแมกมา หินหนืดจะถูกครอบงำโดย SiO4 ในตอนแรกเนื่องจากอุณหภูมิสูง เป็นกรดอ่อนและไม่สามารถรวมกับไอออนบวกที่เป็นด่างอย่างแรง K+ และ Na+ ได้ แต่สามารถใช้ร่วมกับตระกูลโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทของ Mg2+ และ Fe2+ ได้

หินที่ก่อตัวที่เก่าแก่ที่สุดคือโอลิวีนประกอบด้วย Mgsio4 และ Fesic4 และ pyroxene ประกอบด้วย Mgsio3 และ Fesic3 เมื่ออุณหภูมิค่อยๆ ลดลง สายพันธุ์ Si4OR1 และ Si2O จะปรากฏขึ้น เนื่องจากความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้น จึงรวมตัวกับด่างที่มากขึ้น K+a+ และ Ca2+ เพื่อสร้างแอมฟิโบลและไมกา เมื่ออะลูมิโนซิลิเกตปรากฏในแมกมา จะเป็นกรดแก่ที่รวมกับไอออนของโลหะอัลคาไล K+, Na+ และ Ca ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทเพื่อสร้างเฟลด์สปาร์ต่างๆ ดังนั้นจึงแทบไม่มีซีโอไลต์ในขั้นตอนการทำให้เป็นแม่เหล็ก

ในระยะไฮโดรเทอร์มอล เนื่องจากของไหลไฮโดรเทอร์มอลเคลื่อนตัวและทำปฏิกิริยากับหินที่อยู่รอบๆ ของเหลวจากความร้อนใต้พิภพจะค่อยๆ เปลี่ยนจากกรดเป็นด่างอ่อนๆ และสภาวะที่เป็นด่างอ่อนๆ จะเอื้อต่อการก่อตัวของซีโอไลต์

เรารู้ว่าลำดับการตกผลึกของแร่ธาตุอยู่ในลำดับของพลังงานขัดแตะที่ลดลง สำหรับแร่ธาตุซิลิเกต ซิลิเกตที่มีโครงสร้างคล้ายเกาะจะก่อตัวขึ้นก่อน ตามด้วยซิลิเกตที่มีโครงสร้างคล้ายโซ่และเป็นชั้น และสุดท้ายคือ ซิลิเกตที่มีโครงสร้างคล้ายโครงสร้าง ในที่สุด ซีโอไลต์จำนวนน้อยจะก่อตัวขึ้นในขั้นไฮโดรเทอร์มอลอุณหภูมิต่ำ

เนื่องจากการทำให้เป็นแร่ของซีโอไลต์ถูกจำกัดโดยการซึมผ่านของหิน การทำให้เป็นแร่จึงเป็นที่นิยมมากกว่าเฉพาะในบริเวณที่มีการพัฒนาโพรงและรอยแยกของหินค่อนข้างมาก ทำให้เกิดการกระจายตัวของแร่ธาตุซีโอไลต์ในหินไม่สม่ำเสมอ แม้ว่าสภาพแวดล้อมทางกายภาพและทางเคมีของแร่ซีโอไลต์จะแตกต่างกันมากภายใต้เงื่อนไขของการพัฒนาของโพรงและรอยแยกของหิน แร่ซีโอไลต์ที่สร้างขึ้นภายใต้สภาวะไฮโดรเทอร์มอลไม่เอื้อต่อการผลิตภาคอุตสาหกรรม

ส่วนใหญ่ องค์ประกอบของซีโอไลต์ เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของแร่ธาตุอะลูมิโนซิลิเกตที่สะสมกับน้ำในรูพรุน (หรือเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงไฮโดรเทอร์มอลของแร่ธาตุอะลูมิโนซิลิเกต) เนื่องจากเนื้อสัมผัสที่สม่ำเสมอของ ร็อคดั้งเดิม และสภาวะทางกายภาพและเคมีที่ค่อนข้างคงที่สำหรับการทำให้เป็นแร่ การก่อตัวของซีโอไลต์จะช้าในระหว่างการไดอะเจเนซิส ดังนั้นจึงสามารถเกิดการสะสมของแหล่งอุตสาหกรรมที่สำคัญได้

ที่มาของซีโอไลต์มีความสัมพันธ์กับปัจจัยดังต่อไปนี้

องค์ประกอบ ขนาดเกรน และการซึมผ่านของหินเจ้าบ้าน หินแก้วภูเขาไฟ Pyroclastic (เช่น Perlite ฯลฯ) เป็นหินที่เอื้ออำนวยต่อการก่อตัวของซีโอไลต์มากที่สุด หินเหล่านี้อุดมไปด้วย SiO2, Al2O3 และ CaO, Na2O จำนวนหนึ่งและส่วนประกอบอื่น ๆ ซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของซีโอไลต์ นอกจากนี้ หินเหล่านี้ยังมีโครงสร้างพิเศษและโพรงและรอยแยกที่พัฒนาแล้ว ซึ่งให้สภาวะที่ดีในการหมุนเวียนของน้ำในรูพรุน

ตัวอย่างเช่น ปอยไรโอไลต์และปอยดาไซต์ส่วนใหญ่ก่อให้เกิดซีโอไลต์ที่มีซิลิกาสูง เช่น คลินอปติโลไลต์ มอร์เดนไนต์ เป็นต้น ปอยแมงกานีสส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นซีโอไลต์ซิลิกาต่ำ - ฟิลลิปไซต์ สไตลไบท์ ก้นก้น ฯลฯ ปอยน้ำเลี้ยงออเรนจ์เกี่ยวข้องกับโฟจาไซต์ ทวารหนัก สไตไบท์ และมอร์เดนไนต์ หินทรายที่มี Plagioclase และหินทรายภูเขาไฟมีความเกี่ยวข้องกับ laumontite และ heulandite จากด้านบนจะเห็นได้ว่าซีโอไลต์ที่มีซิลิกาสูงที่มีปริมาณด่างสูงนั้นส่วนใหญ่ผลิตขึ้นในหินที่เป็นกรด ในขณะที่ซีโอไลต์ที่มีซิลิกาต่ำเกิดขึ้นในหินพื้นฐานที่มีปริมาณ SiO2 ต่ำ

ค่า pH ของน้ำในรูพรุน น้ำในรูพรุนที่เพียงพอเป็นปัจจัยพื้นฐานในการให้ความชุ่มชื้นแก่อะลูมิโนซิลิเกตเพื่อสร้างซีโอไลต์ และค่า pH ของสารละลายในน้ำมีอิทธิพลชี้ขาดต่อการก่อตัวของซีโอไลต์ ถ้าค่า pH ต่ำเกินไป อาจเกิด kaolinite; ถ้าค่า pH สูงเกินไป อาจเกิดชั้นซิลิเกตขึ้นได้ เฉพาะค่า pH ที่เหมาะสม (9~11) เท่านั้นที่เอื้อต่อ การก่อตัวของซีโอไลต์. จากการศึกษาพบว่าแก้วภูเขาไฟไม่มีการเปลี่ยนแปลงภายในหนึ่งล้านปีภายใต้สภาวะ pH=7.5-8.1 และภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง นั่นคือ ที่ pH=9.1-9.9 แก้วภูเขาไฟสามารถก่อตัวเป็นซีโอไลต์ได้เป็นเวลาหลายหมื่นปี

นี่แสดงให้เห็นว่าค่า pH และความเค็มที่เหมาะสมเอื้อต่อการเกิดซีโอไลต์อย่างรวดเร็วในแก้วภูเขาไฟ
ซีโอไลต์อุณหภูมิและความดันเป็นแร่ธาตุที่มีน้ำและมีความอ่อนไหวต่ออุณหภูมิและความดัน เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าซีโอไลต์เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำและความดันต่ำ แต่อุณหภูมิต่ำและสภาวะความดันต่ำสามารถสร้างหินลอกออกได้เช่นกัน ประโยชน์ของการสร้างซีโอไลต์จะเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเท่านั้น ผลการวิจัยพบว่า 100 – 250 ℃ ชอบการเกิดซีโอไลต์ จากสภาวะของซีโอไลต์สังเคราะห์ โดยทั่วไปอุณหภูมิ 100 – 180 ℃ และ 980kPa นั้นอยู่ในเกณฑ์ที่ดี

ความดันบางส่วนของ CO2 ยังเป็นปัจจัยควบคุมที่สำคัญต่อความเสถียรของซีโอไลต์ การสูงเกินไปจะลดการทำงานของ H2O และขัดขวางการก่อตัวของซีโอไลต์ CO2 ที่เพียงพอจะส่งเสริมการก่อตัวของแคลไซต์และไม่เอื้ออำนวยต่อการก่อตัวของซีโอไลต์ ภายใต้สภาวะของอุณหภูมิและความดันที่เพิ่มขึ้น ซีโอไลต์ที่มีน้ำน้อยและมีความหนาแน่นมาก (เช่น ซีโอไลต์ขุ่น ซีโอไลต์) จะมีน้ำมากขึ้น ซีโอไลต์ที่มีความหนาแน่นจำนวนมากและขนาดเล็ก (เช่น ซีโอไลต์เพชร แผ่นซีโอไลต์) มีความเสถียร เมื่ออุณหภูมิฝังดินของตะกอนเพิ่มขึ้นถึง 150℃ ซีโอไลต์จะถูกแทนที่ด้วยเฟลด์สปาร์

ไอออนบวกพื้นฐานและไอออนบวกของโลหะออกฤทธิ์ของซิลิกอน กิจกรรมทางเคมีของ ซิลิกอนออกไซด์และน้ำมีอิทธิพลต่อชนิดของซีโอไลต์ที่ตกผลึกจากสารละลาย ค่า pH ที่สูงจะช่วยส่งเสริมการก่อตัวของซีโอไลต์ที่เป็นประจุบวกสูง หากมีไฮโดรเจนไอออนอยู่ในสารละลาย ไฮโดรเจนไอออนสามารถแข่งขันกับไอออนบวกที่แลกเปลี่ยนได้ ตามจำนวนของไอออนที่แข่งขันกัน โครงสร้างโครงสร้างซิลิเกต (เช่น ซีโอไลต์) หรือโครงสร้างแบบชั้น ซิลิเกต (เช่น แร่ดินเหนียว) เกิดขึ้น

นอกจากนี้ อัตราส่วนของกิจกรรมของไอออนบวกยังส่งผลต่อชนิดของซีโอไลต์ด้วย อัตราส่วนของกิจกรรม Ca2+ ต่อกิจกรรม Na+ สูงและความเป็นไปได้ในการสร้างซีโอไลต์ของคลีนิกมีมากกว่าซีโอไลต์ของแอนาลไซต์ และความเป็นไปได้ในการสร้างมอร์เดนไนต์นั้นมากกว่าของฮิวแลนไดท์ และความเป็นไปได้ของการเกิดซีโอไลต์ของฮิวแลนไดท์นั้นมีมากกว่านั้น ของ chabazite; กิจกรรม K+ และกิจกรรม Ca2+ อัตราส่วนสูงและความเป็นไปได้ในการสร้างฟิลลิปไซต์มากกว่าชาบาไซต์

การกระจายของซีโอไลต์ที่ฝังลึกมีริบบิ้นแนวตั้งที่ชัดเจน ไฮเดรตที่มีความหนาแน่นน้อยกว่ามักจะอยู่ใกล้กับพื้นผิวและด้วยความลึกที่เพิ่มขึ้น ซีโอไลต์จะค่อยๆ แปรสภาพเป็นกรอบปราศจากน้ำ อะลูมิเนียมซิลิเกต แร่ธาตุ (เช่นเฟลด์สปาร์)

แหล่งสะสมของซีโอไลต์ในคิวชูตอนเหนือของญี่ปุ่น สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่โซนจากพื้นผิวด้านล่าง

ความลึก 0.9~2.0 กม. เป็นแถบซีโอไลต์แบบเฉียง ซีโอไลต์แบบฟิลาเมนต์ และแถบควอทซ์
ความลึก 2.0~2.8 กม. เป็นแผ่นซีโอไลต์ ซีโอไลต์ ควอตซ์แคลเซียมเฟลด์สปาร์ และโซนโพแทสเซียมเฟลด์สปาร์
ความลึก 2.8 ~ 3.0 กม. เป็นวง laumonite zeolite, ควอตซ์โซเดียมเฟลด์สปาร์, คลอไรท์, คลอไรท์และโพแทสเซียมเฟลด์สปาร์
ความลึก 3.0~5.0 กม. ประกอบด้วยควอทซ์โซเดียมเฟลด์สปาร์ โดโลไมต์ คลอไรท์ และโพแทสเซียมเฟลด์สปาร์ การแบ่งเขตนี้โดยทั่วไปถือว่าเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่างๆ เช่น การไล่ระดับความร้อนใต้พิภพ ความดันของแข็ง การไล่ระดับทางเคมีของสารละลายรอยแตก และองค์ประกอบแร่ของหิน

นอกจากนี้ ตามผลผลิตปัจจุบันของซีโอไลต์ ยังเชื่อกันว่าการกระจายตัวของซีโอไลต์นั้นสัมพันธ์กับอายุทางธรณีวิทยา ในปัจจุบัน แหล่งสะสมของซีโอไลต์ส่วนใหญ่ที่รู้จักกันในโลกนั้นก่อตัวขึ้นในหินมีโซโซอิกถึงซีโนโซอิก ตัวอย่างเช่น ฟิลลิปไซต์, คลินออปติโลไลต์, เอไรโอไนต์, มอร์เดนไนต์ และชาบาไซต์พบได้บ่อยในการก่อตัวของหิน Cenozoic มากกว่าการก่อตัวของหินก่อน Cenozoic ความอุดมสมบูรณ์ของซีโอไลต์เหล่านี้จะลดลงตามอายุของหินมีโซโซอิกถึงหินพาลีโอโซอิก

อ้างอิง:

หาซื้อทรายซีโอไลต์จำนวนมากได้จากที่ไหน?