Zeólita é o nome de qualquer membro de uma família de minerais de aluminossilicatos hidratados que contêm metais alcalinos e alcalino-terrosos. Os zeólitas são conhecidos por sua labilidade para a troca iônica e desidratação reversível. Eles têm uma estrutura de estrutura que envolve cavidades interconectadas ocupadas por grandes cátions de metal (íons carregados positivamente) e moléculas de água.

A característica estrutural essencial de um zeólita é uma estrutura tetraédrica tridimensional na qual cada átomo de oxigênio é compartilhado por dois tetraedros. Se todo o tetraedro contivesse silício, a estrutura seria neutra; substituição de alumínio por silício cria um desequilíbrio de carga e requer que outros íons metálicos estejam presentes em cavidades relativamente grandes da estrutura. Em zeólitas que ocorrem naturalmente, estes íons metálicos são tipicamente íons mono- ou di-valentes, tais como sódio, potássio, magnésio, cálcio e bário. Zeólitas são semelhantes aos feldspatosminerais, exceto que as cavidades são maiores nos zeólitas e a água geralmente está presente. Estruturalmente, as zeólitas são classificadas pelos tipos de unidades estruturais que compõem a estrutura, como anéis ou tipos de poliedros. As cavidades formadas pelas unidades estruturais têm diâmetros que variam de cerca de 2 a 8 angstroms, o que permite um movimento relativamente fácil de íons entre as cavidades.

Esta facilidade de movimento de íons e água dentro da estrutura permite desidratação reversível e troca catiônica, propriedades que variam consideravelmente com diferenças químicas e estruturais. O caráter de desidratação varia com a maneira como a água é ligada na estrutura. Para aqueles zeólitas nos quais a água está fortemente ligada, a desidratação ocorre a temperaturas relativamente altas; em contraste, em certos zeólitas com grandes cavidades, parte da água pode ser liberada a baixas temperaturas. A taxa de troca iônica depende do tamanho e das conexões entre as cavidades. Alguns íons são excluídos devido a propriedades estruturais específicas.

As propriedades do zeólita são exploradas através da produção comercial de zeólitas com características estruturais e químicas particulares. Alguns usos comerciais incluem a separação de hidrocarbonetos, como na refinação de petróleo; secagem de gases e líquidos; e controle da poluição por adsorção molecular seletiva.

Zeólitas naturais ocorrem em rochas vulcânicas máficas como preenchimento de cavidades, provavelmente como resultado da deposição de fluidos ou vapores. Em rochas sedimentares, os zeólitas ocorrem como produtos de alteração do vidro vulcânico e servem como material cimentante em rochas detríticas; eles também são encontrados em rochas sedimentares químicas de origem marinha. Depósitos extensos de zeólitas ocorrem em todos os oceanos. As rochas metamórficas contêm uma sequência de minerais zeólitas úteis para atribuir um grau metamórfico relativo; esses minerais se formam à custa de feldspatos e vidro vulcânico.

No início do século 21, os principais produtores do mundo eram a China, a Coréia do Sul, o Japão, a Turquia e a Jordânia.

Funcionalidades

Propriedades físicas

As propriedades físicas de um zeólita deve ser considerada em duas formas: (a) em primeiro lugar uma descrição mineralógica do zeólita do ponto de vista das suas propriedades naturais, incluindo a morfologia, hábitos cristalinos, gravidade específica, densidade, cor, tamanho vidro ou grão, o grau de cristalização, resistência à corrosão e abrasão. (B) o segundo a partir do ponto de vista do desempenho físico como um produto para qualquer aplicação específica, tendo em conta as características de brilhante, cor, viscosidade Broockfield, viscosidade de Hércules, área superficial, tamanho de partícula, dureza, para vestir.

A caracterização de qualquer zeólita inclui sempre a descrição básica de suas características mineralógicas e uma avaliação à mudança com o efeito com a umidade que são consideradas para as aplicações comerciais específicas.

Propriedades químicas

A permuta iônica é uma das propriedades mais importantes de zeólitas, porque por um lado podem efetuar modificações de zeólitas para alterar as suas propriedades de superfície de afinidade (para compostos orgânicos) e, por outro lado, está permuta iônica é útil em mais de um processo industrial, na agricultura, na aquicultura e em usos ambientais.

O comportamento da troca iônica em um zeólita depende de:

– A topologia da rede

– O tamanho do íon e sua carga

– A densidade de carga do zeólita

– A concentração do eletrólito na solução

Difusividade aparente

Em zeólitas, a cinética do processo é controlada pela difusão de íons entre os canais da estrutura e tem sido demonstrado que para partículas esféricas o coeficiente de difusão aparente é dado pelos valores sorvido íons sob o tempo de estudo e para equilibrar, o raio das partículas e o tempo de sorção. O coeficiente de difusão aparente é independente da composição e varia com a temperatura.

Troca de cátions

A capacidade de troca iônica esperada para zeólitas naturais (CIIE) é uma função da densidade de carga da estrutura aniônica do zeólita, isto é, o grau de substituição de Al3 + por Si4 + na rede cristalina. Quanto maior essa substituição, maior a quantidade de cátions necessários para manter a eletroneutralidade.

As moléculas muito grandes não passam dentro das cavidades centrais e são excluídas, dando origem à propriedade da peneira molecular de uma propriedade dos zeólitas.

Propriedade de troca de cátions. Por procedimentos clássicos de troca de cátions de um zeólita pode ser descrito como a substituição dos íons de sódio dos zeólitas de faujasita por cátions de outros tamanhos e outras cargas. Esta é uma das características essenciais dos zeólitas. Com efeito, isto é conseguido modificando consideravelmente as propriedades e ajustando o zeólita aos mais diversos usos.

A permuta catiônica pode ser realizada de várias formas:

1. Trocar em contato com uma solução salina aquosa (permuta hidrotérmica) ou com um solvente não aquoso;
2. Troque em contato com um sal fundido. Por exemplo, um zeólita A, originalmente com Ca, é posto em contato com nitratos de lítio, potássio ou rubídio fundidos a 350 ° C;
3. Trocar em contato com um composto gasoso. Por exemplo, um zeito faujasite Y, originalmente na sua Na – forma, é posta em contato com HCI anidro ou NH 3, a 250 ° C.

A troca de íons em um zeólita depende de:

1. A natureza das espécies catiônicas, isto é, o cátion, sua carga, etc.
2. a temperatura.
3. A concentração das espécies catiônicas em solução.
4. As espécies aniônicas associadas ao cátion em solução.
5. O solvente (a maioria das trocas são realizadas em solução aquosa, embora também seja feito algo com solventes orgânicos).
6. As características estruturais do zeólita em particular.

Modificação de propriedades de superfície

Os zeólitas podem ser modificados por surfactantes catiônicos para aumentar a retenção de contaminantes e retardar a sua migração. Embora argilas de superfície modificada têm sido propostos como barreiras impermeáveis ​​para aterros subterrâneas, as boas propriedades hidráulicas do surfactante modificado zeólitas naturais (ZSM) o tornam ideal para aplicações em candidato de tratamento de água.

O tratamento de zeólitas naturais com surfactantes catiônicos altera dramaticamente a química de sua superfície. Os cátions orgânicos são irreversivelmente trocados por cátions nativos, como Na +, K + ou Ca2 +. A modificação dos zeólitas com surfactantes dá a eles a capacidade de sugar moléculas orgânicas, enquanto mantém sua capacidade de sugar cátions de metais pesados. O ZMS também mostrou que eles podem remover seletivamente ânions de metais fortemente hidrolisados.

Os surfactantes tomam o lugar dos cátions metálicos intercambiáveis ​​e, portanto, formam uma camada que reveste a superfície do zeólita. Uma vez que apenas a superfície exterior e interior do zeólita é acessível a moléculas de surfactante de comprimento, a superfície interna continua a agir como permutador catiônico, enquanto a superfície exterior se torna eletricamente neutra ou carregada positivamente, conforme uma consequência do surfactante, seja na monocamada ou na bicamada, respectivamente.

Com base no comportamento de desidratação, os zeólitas podem ser classificados como:

1. a) Aqueles que não apresentam grandes alterações estruturais durante a desidratação e apresentam perda de peso contínua em função da temperatura.
2. b) Aqueles que sofrem grandes mudanças estruturais, incluindo colapsos (colapsos) durante a desidratação, e exibem descontinuidades na perda de peso.

Um exemplo típico do primeiro tipo são os zeólitas naturais tais como a clinoptilolite, mordenite, erionite, chabazite e zeólitas sintéticos, tais como os zeólitas A e X que são termicamente estáveis ​​a 800 ° C a 700 zeólitas desidratação.

O comportamento de desidratação de zeitos do segundo tipo é similar ao que exibe uma perda de água reversível a baixas temperaturas, mas a mudança mais estrutural a altas temperaturas, e os materiais zeolíticos perdem o seu carácter.

Especificações

As especificações dependem dos usos dos produtos zeólitas e variam muito devido à grande variedade de produtos e variedade de zeólita natural no mercado.

Produzir zeolite dividida em duas especificações maneiras: a venda de mineral com base nas especificações negociadas com o comprador, ou venda de mineral baseado em uma linha de produtos, onde cada produto zeolite, ter uma designação de nome ou número com especificações físicas e / ou químicas. Os produtos de zeólita são geralmente vendidos sob um nome comercial em vez de uma variedade de minerais. Por exemplo, clinoptilonite.

Co-produtos e subprodutos

Depósitos contendo dois ou mais zeólitas podem gerar vários produtos ou misturas dos minerais zeólitas presentes. Por exemplo, o zeólita produto de minas Itaya no Japão, clinoptilonita fonte e mordenite, inclui produtos de mordenite, clinoptilonita e uma mistura dos dois minerais mordenite-clinoptilonita dependendo selectividade do processo de mineração e de beneficiação. A mineração de zeólitas pode gerar bentonita como subproduto ou coproduto.

Regulamentos ambientais

Os regulamentos ambientais variam entre estados e municípios e isso pode ser uma fonte de conflito entre os inspetores do governo e os operadores encarregados da mineração. As zeólitas naturais são relativamente inócuas e não apresentam problemas ambientais particulares, com três exceções:

1. Vários minerais zeólitas têm formas fibrosas e podem se comportar como materiais de amianto.
2. Cristais de silício finos são geralmente gerados em depósitos de zeólita e produtos finos podem ser respirados (0,1%).
3. A mineração da zeólita e das plantas de processamento a seco tendem a gerar poeira, causando problemas na qualidade do ar.

A poeira gerada na usina e na mineração pode ser considerada como um poluente ambiental local. A maioria dos zeólitas contém sílica na forma de sílica amorfa ou cristalina. As usinas de processamento podem, portanto, requerer um sistema eficiente para controlar a poluição do ar, desde o padrão Benhouse, onde os coletores de pó e os eletrolisadores são usados ​​para minimizar a exposição dos trabalhadores com esses pós no depósito do produto. minério ou moinhos e para atender aos requisitos locais de controle de qualidade do ar. A maioria dos zeólitas é produzida usando métodos de processamento a seco. O processamento de zeólitas se inclina inevitavelmente para processos de lavagem de água e métodos de classificação úmida,

Os minerais de zeólita são geralmente considerados quimicamente inertes, e a maioria não é fibrosa. Erionita é estabelecida como um mineral fibroso, mineral a circular e pode ser marcado como um possível cancerígeno baseado em estudos médicos, a modéstia também é um mineral fibroso, mas não é destacado como um potencial de cancinogênio.

Ocorrência

Os minerais de zoellite ocorrem em uma variedade de tonturas geológicas e podem ser formados a partir de uma variedade de material saliente em amplas faixas de condições físico-químicas. Isso ocorre em rochas depositadas em vários quadros e estágios geológicos.

Os vidros vulcânicos de composição ácida intermediária são os materiais mais comuns para a formação de minerais zeólitas. Outros minerais comuns incluem argilas de montmorilonite, argilas cristalinas e materiais amorfos, finalmente quartzo cristalino, feldspato e materiais precursores de zeólita. Quase todos os depósitos mineráveis ​​de zeólitas no mundo ocorrem como alterações vitais de rochas vulcânicas.

A formação de partículas de um mineral zeólita depende da interpelação dos fatores físicos e químicos. A pressão, temperatura e tempo são as três considerações físicas que afetam fortemente a lamentação zeolítica.

Os zeólitas são rochas sedimentares formadas provavelmente por meio de reações de dissolução-precipitação. Com base na estrutura geológica de zeólitas, mineralogia e origem, depósitos de zeólitas têm sido classificados nos seguintes tipos:

1) depósitos no sistema cerrados. – Formados por materiais vulcânicos em sistemas fechados, hidrologicamente sistemas alcalinos salinos-.

2) Sistemas abertos. – São depósitos formados em sistemas hidrologicamente abertos. Logotipos de água doce.

3) Metamórfico borônico – Depósitos formados por baixo grau de metamorfismo de sepultamento.

4) Hidrotermales. – Depósitos formados por sistemas hidrotermais ou pela atividade de brotos quentes.

5) Deep maritime. – Depósitos formados por um ambiente marítimo profundo.

6) Áreas erodidas pelo tempo – Depósitos formados em terra, mais comumente em materiais vulcânicos.

Depósitos de sistemas abertos e fechados são de maior interesse comercial.

Muitos zeólitas sedimentares são rochas são formadas por cinzas vulcânicas, ou outros materiais piroclásticos por reações com outros amorfo causadas pela alteração de feldspatos preexistente, feldespatoides, sílica biogênica ou minerais de argila pouco cristalizados.

Mineralogia

As zeólitas ocorrem em uma variedade de marcas geológicas, principalmente como alterações de minerais autigênicos, sob temperatura e pressão como minerais em sistemas metamórficos, minerais secundários em áreas erodidas pelo intemperismo ou em veias. Os zeólitas comerciais são atualmente limitados por quadros autógenos e finalmente em alterações de rochas sedimentares cristalinas. 9 zeólitas são de ocorrência comum em rochas sedimentares: A analcima, chabazite, a erionite, clinoptilonita, a ferrierite, a huelandita, o laumontite, mordenite o, e phillipsita. Analcime e clinoptolonite são os mais abundantes. Os 9 zeólitas mostram uma gama considerável de conteúdo de cátions e de rádio de Si: Al. Exceto pelo huelandista e o laumontita,

O potencial comercial dos minerais zeólitas é limitado por 5 destes: chabazite, clinoptilolite, erionite, mordenite e phillipsite. Estes são alguns dos mais comuns dentre os mais abundantes na natureza e têm uma capacidade favorável de absorção de troca iônica e triagem molecular.

Ferrierita e faujasita também são potenciais econômicos, mas são raros e conhecidos em poucos lugares do mundo.

Breck (1974) originalmente listou 34 espécies de minerais de zeólita natural. Quase 100 zeólitas foram sintetizados. Os zeólitas são aluminossilicatos cristalinos, álcalis hidratados e possuem uma infinidade de cátions alcalino-terrosos e possuem uma estrutura tridimensional. Os zeólitas são caracterizados pela sua capacidade de perder e ganhar água reversivelmente e pela troca de componentes que exibem melhores mudanças estruturais.

A potencial aplicação comercial de sistemas de zeólitas naturais e sintéticos é baseada nas propriedades físicas e químicas, quando diretamente relacionadas à sua composição química e estrutura cristalina.

Método de mineração

Por causa de seu baixo custo de processo, as zeólitas sedimentares são extraídas por métodos a céu aberto. A escavação é realizada por equipamentos convencionais para remover a terra. Essa mineração minimiza os custos, como o uso de explosivos, o equipamento para a remoção da terra e o carregamento direto dos caminhões de carga para que o minério extraído seja transportado para uma usina de processamento. As variações na qualidade do minério podem ser tratadas por uma mineração seletiva.

O controle de qualidade é determinado por amostragem por meio de brocas, colhendo amostras periódicas, avaliando visualmente o material no mesmo local, e retirando amostras sistemáticas dos caminhões de carga.

Os zeólitas para usos especiais são de alto valor e são recuperados por mineração aberta seletiva. As minas primas de chabazita-erionita têm uma cama com partículas de 15 cm em Bowie, Az, que são usadas por empresas que trabalham com carbonetos para fazer peneiras moleculares e produtos catalíticos de alto valor.