Zeolit là một khoáng chất aluminosilicat ngậm nước có chứa các ion kim loại như Na và Ca. Các kỹ sư đã tìm thấy ngày càng nhiều cấu trúc khác nhau của zeolit tự nhiên và nguồn gốc của zeolit trong khoáng chất và chất xúc tác tự nhiên
Các cấu trúc khác nhau của Zeolit tự nhiên và Zeolit tổng hợp
Hàm lượng các nguyên tố Na, Ca, Al, Si trong vỏ trái đất rất phong phú, chúng đều là những nguyên tố tạo đá chính, vì vậy zeolit phải là một khoáng vật tạo đá tương đối phổ biến và phân bố rộng rãi.
Sau quá trình magma, lúc đầu magma bị SiO4 chiếm ưu thế do nhiệt độ cao. Nó là một axit yếu và không thể kết hợp với các cation kiềm mạnh K + và Na +, nhưng có thể kết hợp với họ kim loại kiềm thổ là Mg2 + và Fe2 +.
Các loại đá hình thành sớm nhất là olivin bao gồm Mgsio4 và Fesic4 và pyroxene bao gồm Mgsio3 và Fesic3. Khi nhiệt độ giảm dần, các loại Si4OR1 và Si2O- xuất hiện. Do tính axit tăng lên, nó kết hợp với kiềm nhiều hơn K + a + và Ca2 + để tạo thành amphibole và mica. Khi aluminosilicat xuất hiện trong magma, nó là một axit mạnh kết hợp với các ion kim loại kiềm K +, Na + và kim loại kiềm thổ Ca để tạo thành các fenspat khác nhau. Do đó, hầu như không có zeolit trong giai đoạn từ hóa.
Trong giai đoạn thủy nhiệt, khi chất lỏng thủy nhiệt di chuyển và tương tác với đá xung quanh, chất lỏng thủy nhiệt chuyển dần từ có tính axit sang kiềm yếu và điều kiện kiềm yếu có lợi cho sự hình thành zeolit.
Chúng ta biết rằng thứ tự kết tinh của các khoáng chất theo thứ tự giảm dần năng lượng mạng tinh thể. Đối với khoáng chất silicat, silicat cấu trúc dạng đảo được hình thành đầu tiên, tiếp theo là silicat cấu trúc dạng chuỗi và phân lớp, và cuối cùng là silicat cấu trúc dạng khung. Cuối cùng, rất ít zeolit được hình thành trong giai đoạn nhiệt dịch nhiệt độ thấp.
Vì quá trình khoáng hóa của zeolit bị hạn chế bởi tính thấm của đá, nên quá trình khoáng hóa chỉ diễn ra thuận lợi hơn ở những nơi mà các hốc đá và khe nứt tương đối phát triển. Điều này gây ra sự phân bố không đồng đều của các khoáng vật zeolit trong đá. Mặc dù môi trường vật lý và hóa học của quặng zeolit rất khác nhau trong điều kiện phát triển của các hốc đá và khe nứt, quặng zeolit sinh ra trong điều kiện thủy nhiệt không có lợi cho sản xuất công nghiệp.
Hầu hết các thành phần zeolit được hình thành do phản ứng của các khoáng chất aluminosilicat lắng đọng với nước có lỗ rỗng. (Hoặc được hình thành do sự biến đổi thủy nhiệt của các khoáng chất aluminosilicat). Do kết cấu đồng nhất của đá gốc và các điều kiện vật lý và hóa học tương đối ổn định cho quá trình khoáng hóa, quá trình hình thành zeolit diễn ra chậm trong quá trình diagenesis, do đó có thể hình thành các mỏ công nghiệp quan trọng.
Nguồn gốc của zeolit liên quan đến các yếu tố sau
Thành phần, kích thước hạt và độ thấm của đá chủ. Đá thủy tinh núi lửa pyroclastic (như đá trân châu, v.v.) là đá chủ thuận lợi nhất cho sự hình thành zeolit. Những loại đá này giàu SiO2, Al2O3, và một lượng nhất định CaO, Na2O và các thành phần khác, cung cấp cơ sở vật chất cần thiết cho sự hình thành zeolit. Ngoài ra, các loại đá này còn có cấu tạo đặc biệt và các hốc, khe nứt phát triển, tạo điều kiện tốt cho sự lưu thông của nước lỗ chân lông.
Ví dụ, tuff vidolit và tuff dacit chủ yếu tạo thành zeolit silica cao – clinoptilolit, mordenit, v.v.; Tuff mangan chủ yếu tạo thành zeolit ít silica- -phillipsit, stilbite, analcime, v.v. Đá cát kết chứa plagioclase và cát kết núi lửa đá có liên quan đến laumontit và heulandit. Có thể thấy ở trên rằng các zeolit silic cao với hàm lượng kiềm cao chủ yếu được tạo ra trong các loại đá có tính axit, trong khi các zeolit có hàm lượng silica thấp xuất hiện trong các đá cơ bản có hàm lượng SiO2 thấp.
Giá trị pH của nước lỗ rỗng Nước có đủ lỗ rỗng là yếu tố cơ bản để hydrat hóa aluminosilicat tạo thành zeolit, và giá trị pH của dung dịch nước có ảnh hưởng quyết định đến sự hình thành zeolit. Nếu giá trị pH quá thấp, kaolinit có thể được hình thành; nếu giá trị pH quá cao, silicat phân lớp có thể được hình thành. Chỉ giá trị pH thích hợp (9 ~ 11) mới có lợi cho sự hình thành zeolit. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng thủy tinh núi lửa không thay đổi trong vòng một triệu năm ở điều kiện pH = 7,5-8,1, và trong điều kiện kiềm, nghĩa là ở pH = 9,1-9,9, thủy tinh núi lửa có thể tạo thành zeolit trong hàng chục nghìn năm.
Điều này cho thấy độ pH và độ mặn thích hợp có lợi cho sự hình thành nhanh chóng của zeolit trong thủy tinh núi lửa.
Nhiệt độ và áp suất zeolit là khoáng chất chứa nước và dễ bị tác động bởi nhiệt độ và áp suất. Người ta thường tin rằng zeolit được hình thành ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, nhưng điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thấp cũng có thể tạo ra đá bong tróc. Lợi ích của sự hình thành zeolit chỉ đạt được ở nhiệt độ thích hợp. Kết quả cho thấy 100 - 250 ℃ tạo thuận lợi cho sự hình thành zeolit. Từ các điều kiện của zeolit tổng hợp, nhiệt độ 100 - 180 ℃ và áp suất 980kPa nói chung là thuận lợi.
Áp suất riêng phần của CO2 cũng là một yếu tố kiểm soát quan trọng đối với sự ổn định của zeolit. Quá cao làm giảm hoạt tính của H2O và cản trở sự hình thành zeolit; đủ CO2 thúc đẩy sự hình thành canxit và không thuận lợi cho sự hình thành zeolit. Trong điều kiện tăng nhiệt độ và áp suất, zeolit có ít nước hơn và khối lượng riêng lớn (như zeolit đục, zeolit) chứa nhiều nước hơn. Mật độ nhiều và nhỏ của zeolit (Chẳng hạn như zeolit kim cương, zeolit tấm) là ổn định. Khi nhiệt độ chôn lấp trầm tích tăng lên 150 ℃, zeolit được thay thế bằng fenspat.
Cation cơ bản và cation kim loại hoạt động của silic, hoạt động hóa học của ôxít silic, và nước có ảnh hưởng đến loại zeolit được kết tinh từ dung dịch. Giá trị pH cao sẽ thúc đẩy sự hình thành hàm lượng cao của zeolit cation. Nếu có các ion hydro trong dung dịch, các ion hydro có thể cạnh tranh với các cation có thể trao đổi. Theo số lượng các ion cạnh tranh, cấu trúc khung silicat (tức là zeolit) hoặc cấu trúc phân lớp silicat (chẳng hạn như khoáng sét) được hình thành.
Ngoài ra, tỷ lệ hoạt độ cation cũng ảnh hưởng đến loại zeolit. Tỷ lệ giữa hoạt độ Ca2 + trên hoạt tính Na + cao, và khả năng hình thành zeolit clinique lớn hơn zeolit analcite, và khả năng hình thành mordenit lớn hơn heulandit, và khả năng hình thành zeolit heulandit lớn hơn của chabazite; Hoạt tính K + và hoạt tính Ca2 + Tỷ lệ này cao, và khả năng hình thành phillipsit lớn hơn chabazit.
Sự phân bố của zeolit ở độ sâu chôn vùi có một dải băng dọc riêng biệt. Các hydrat ít đậm đặc hơn có xu hướng ở gần bề mặt và với độ sâu tăng dần, zeolit dần dần bị pha thành khung khan nhôm silicat khoáng chất (chẳng hạn như fenspat).
Trầm tích zeolit ở phía bắc Kyushu, Nhật Bản, có thể được chia thành bốn vùng từ bề mặt xuống.
độ sâu 0,9 ~ 2,0km là các dải zeolit xiên, zeolit dạng sợi, và các dải thạch anh.
độ sâu 2,0 ~ 2,8km là vùng zeolit tấm, zeolit, fenspat thạch anh, và đới fenspat kali.
độ sâu 2,8 ~ 3,0km là các dải zeolit laumonite, fenspat natri thạch anh, clorit, clorit, và các dải fenspat kali.
độ sâu 3,0 ~ 5,0km được cấu tạo bởi các dải fenspat natri, dolomit, clorit và kali felspat thạch anh. Sự khoanh vùng này thường được coi là có liên quan đến nhiều yếu tố khác nhau như gradient địa nhiệt, áp suất rắn, gradien hóa học của dung dịch vết nứt và thành phần khoáng chất của đá.
Ngoài ra, theo sản lượng hiện tại của zeolit, người ta cũng tin rằng sự phân bố của zeolit có liên quan đến tuổi địa chất. Hiện nay, hầu hết các trầm tích zeolit được biết đến trên thế giới được hình thành từ Mesozoi đến Kainozoi. Ví dụ, phillipsit, clinoptilolit, erionit, mordenit và chabazit phổ biến hơn trong các thành tạo đá Kainozoi hơn là các thành tạo đá trước Kainozoi. Sự phong phú của các zeolit này giảm dần theo tuổi của đá Mesozoi đến Paleozoi.
Tài liệu tham khảo: