Большая советская энциклопедия - цеолиты

Цеолиты (от греч. zeo — киплю и lithos — камень; из-за способности вспучиваться при нагревании), алюмосиликаты, кристаллическая структура которых образована тетраэдрами SiO44- и AlO45-, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. В последних находятся молекулы воды и катионы металлов (I и II групп периодической системы Менделеева), а также аммония, гидрония, тетраалкиламмония и др. введенные катионным обменом поливалентные ионы. Ц. встречаются в природе и получены искусственно. Общая формула Ц. Mex/n AlxSiyO2(x+y)?zH2O, где Me — металл, n — его степень окисления, х — число атомов алюминия, у — число атомов кремния, z — число молекул воды. Цеолиты природные (Ц. п.) включают около 30 минералов. К наиболее важным относятся: анальцим, ломонтит Ca Al2Si4O12?2H2O, филлипсит (Na2, K2, Ca) Al2Si­2,6-6,8O9,2-17,6 (3,4—6,6) Н2О; натролит, морденит (Na2, Ca, K2)Al2Si9,0-10,6 О22,0-25,2 (6,4—7) H2O; гейландит (Са, Na2, K2) Al2Si6,0-7,5O16,0-19,0 (5,5—6,5) H2O, клиноптилолит (K2, Na2, Ca) AI2Si7,5-11,0O19,0-26,0 (6—8)1420, шабазит, эрионит (Na2, K2, Ca) Al2Si5,8-7,6O15,4-19,2 (4,8—6,8) Н2О, фожазит (Са, Na2, Mg, K2) Al2Si4,1-4,6 O12,2-13,2?4H2O. По наличию общих структурных элементов, сходных кайалов выделяют 9 кристаллохимических групп Ц. Каркасы цеолитов группы анальцима построены четверными кольцами Si, AlO4 тетраэдров. Из различных сочетаний четырехчленных колец построены также каркасы Ц. группы ломонтита и филлипсита. Структуры Ц. группы натролита образованы из цепочек, которые составлены из четырехчленных колец, соединенных Друг с другом пятым тетраэдром. Характерные элементы Ц. группы морденита и гейландитаклиноптилолита представлены пятерными петлями тетраэдров Si, AlO4. Одиночные шестерные кольца являются основой каркасов Ц. группы эрионита, двойные — шабазита и фожазита. Ц. п. образуют прозрачные бесцветные кристаллы любых кристаллографических систем; размер от нескольких см до нескольких мкм. Твердость по минералогической шкале 3—5; плотность 1800—2250 кг/м3 (у бариевых цеолитов — 2500—2700). Образуются Ц. п. в основном в условиях относительно невысоких температур (до 250—300 °С) и давлений (до нескольких тыс. атмосфер) в последней стадии гидротермального процесса и приурочены к вулканогенным толщам базальтового, андезитового, риолитового состава, в которых заполняют пустоты и трещины, или образуют цемент туфов; происхождение Ц. п. связано также с диагенезом осадков морей, щелочных соленых озер, при взаимодействии туфов с поровыми водами. При этом образуются промышленные скопления, которые разрабатываются как месторождения Ц. п. С повышением температуры образуются относительно менее гидратированные Ц. Появление ломонтита в подвергающихся погружению осадках характерно для т. н. цеолитовой фации метаморфизма; особое место занимает анальцим, который может кристаллизоваться как позднемагматический минерал при температурах выше 600 °С из бедных кремнеземом щелочных магм. Месторождения в СССР — в Закавказье, Закарпатье, на Камчатке; за рубежом — в Новой Зеландии, Японии, США, Исландии. Цеолиты искусственные. Из почти ста искусственных Ц. на практике широкое применение находят три: А — Na AISiO4?(2?3) H2O, Х — Na AISi1-1,5O4-5?3H2O и Y — Na AISi1,5-3O5-8?(3?4) H2O. А не имеет природных аналогов, Х и Y близки фожазиту. А, X, Y синтезируют нагреванием до 100 °С либо гелей, образующихся при смешении растворов алюмината натрия и жидкого стекла или золя кремневой кислоты, либо смеси растворов едкого натра с прокаленным каолином. Полученные кристаллы (размером несколько мкм) подвергают грануляции. Природные и искусственные Ц. проявляют ионообменные, а после удаления из их полостей молекул воды (при нагревании) адсорбционные свойства, которые в сочетании с жестким размером входов в полости и каналы придают свойства молекулярных сит и селективных ионообменников. В случаях, когда катионами служат поливалентные катионы, главным образом La, Ce и др. редкоземельные элементы, гидроний или водород, Ц. обнаруживают свойства катализаторов. Специфика различных Ц. связана с размером входов в полости (они могут быть от 3 до 10 ), объемом полостей, природой и расположением катионов, химической стойкостью Ц. в различных средах. Ц. используются для выделения и очистки углеводородов нефти и как катализаторы, а также для очистки, осушки и разделения газов (в т. ч. воздуха), осушки фреонов, извлечения радиоактивных элементов, создания глубокого вакуума и т.д. Лит.: Жданов С. П., Егорова Е. Н., Химия цеолитов, Л., 1968; Сендеров Э. Э., Хитаров Н. И., Цеолиты, их синтез и условия образования в природе, М., 1970; Брек Д. В., Цеолитовые молекулярные сита, пер. с англ., М., 1976. Э. Э. Сендеров.