Zeoliții

Interesul pentru aceşti componenţi mineralogici naturali vine din aplicabilitatea lor în foarte multe domenii de activitate între care cea mai importantă este utilizarea lor în protecţia mediului. Ca minerale fac parte din grupa mare a silicaţilor, fiind caracterizaţi în urmă cu peste 200 ani, ca şi curiozităţi mineralogice cu importanţă doar muzeistică. Protecţia mediului, în etapa actuală de dezvoltare economică mondială, în care produsele industriale sintetice au invadat lumea, impune măsuri complexe de apelare la materii prime nepoluante şi mai ales la cele naturale cu proprietăţi depoluante şi regenerabile. Zeoliţii sunt aluminosilicaţi hidrataţi ai metalelor alcaline sau alcalino-pământoase (Na, K, Ca, Mg), naturali sau sintetici. Ei fac parte, alături de feldspaţi din grupa tectosilicaţilor. Raportul O/ (Si+Al) este întotdeauna egal cu 2, iar raportul SiO2/Al2O3≥2. Tectosilicaţii reprezintă o categorie de silicaţi (minerale care au o structură atomică bazată pe tetraedrii de SiO4), cu structură tridimensională. În structura reticulară a tectosilicaţilor atomul de oxigen este legat de două grupări tetraedrice simultan, în formă de carcasă. Coombs et al.1 Definesc zeoliţii ca fiind substanţe cristaline cu structură caracterizată de oreţea de tetraedrii înlănţuiţi, fiecare constând din 4 atomi de oxigen, care înconjoară un cation de Si4+ sau Al3+.

Această reţea conţine goluri sub formă de canale, ocupate în mod obijnuit de moleculele de apă sau de cationi interschimbabili extra-reţea. Canalele sunt suficient de largi pentru a permite trecerea şi a unor ioni cu raza ionică mai mică decât a acestora. În cazul zeoliţilor, ei se deshidratează în general sub 400o C, procesul fiind în mare parte reversibil. După deshidratare, zeolitul devine extrem de receptiv pentru a primi alte molecule în spaţiile libere astfel create în structura mineralului.

Denumirea de „zeolit” provine din combinarea cuvintelor greceşti „zeo”=a fierbe si „lithios”=piatra. În „Tratatul de Mineralogie” aparut in 1801, Rene-Just Haüy (1734-1822)2, a prezentat 3 specii de zeoliţi: laumontitul,stilbitul,chabazitul. Ele se gasesc şi în cavitaţile rocilor vulcanice. Încă din secolul XIX au fostobservate proprietăţile de schimbători de ioni ale zeoliţilor. În 1850 s-a pus în evidenţă de către J. T. Way,2 înlocuirea ionilor de Na+ din zeoloţi cu ioni de Ca2+ şi Mg2+ din soluţie. Primele utilizări la scară industrială ca site moleculare a zeoliţilor au constat în separarea amestecurilor de gaze sau lichide. În 1948 au fost realizati primii zeoliţi artificiali prin sinteza hidrotermală. Un aport deosebit la cunoaşterea acestora şi-au adus şcolile de specialitate din Italia, Ungaria si Bulgaria, acre au organizat reuniuni ale specialiştilor in cadrul conferinţelor periodice sub egida ICNZ (International Committee on Natural Zeolites). Participarea specialiştilor din Rusia, Turcia, Grecia, Serbia, România, Germania, Anglia sau Franţa a contribuit la cunoaşterea mai detaliata a proprietaţilor si posibilitaţilor de valorificare economică a zeolitilor. În Romania se gasesc zeoliţi ca: natrolit, laumontit, analcim, meyolit, chabzit, stilbit, heulandit şi gmelenit în rocile vulcanice din ţara noastra.

I.1 MINERALOGIE

Prin definiţie zeoliţii sunt minerale alumino-silicatate, hidratate cu cationi alcani şi alcalino-pamantoşi. Ei fac parte din clasa silicaţilor, subclasa cu reţele tridimensionale continue de tetraedri. Zeoliţii naturali se găsesc sub forma de cristale ideomorfice de diferite mărimi. Ei pot fi translucizi, incolori, albi, coloraţi în nuanţe deschise, culoare datorată impurităţilor fin dispersate, în special oxizi şi hidroxizi de fier şi mangan. Ei au o duritate si densitate mică, ea variază între 3.5-5.5, iar greutatea specifică între 2-2.47. Se topesc uşor la suflător, cu gonflare. În funcţie de morfologie şi structură zeoliţii se împart în trei grupe:

1.Grupa natrolitului: structuri de tip lanţ, având forme fibroase sau cristale prismatice sub formă de ace.

2.Grupa heulanditului: structuri lamelare, prismatice, cristalele fiind plate, netede sau tabulare.

3.Grupa zeoliţilor cu structuri izometrice, dezvoltate tridimensional.

Dimensionarea mică a cristalelor face dificilă examinarea lor cu ajutorul microscopului optic polarizant (figura 1). Datorită microscopiei electronice (figura 2) forma, habitatul, dimensiunea şi relaţiile spaţiale dintre constituenţii minerali pot fi observate fără a distruge agregatul mineral, practic se poate obţine o bună reprezentare tridimensională a probei.

Figura. 1 Cristale de clinoptilolit (imagine la microscopul optic)

Figura.2 Cristale de clinoptilolit

(imagine la electrono-microscopica)

Analize termice

Eliminarea treptată a apei din zeoliţi se realizează în mod continuu iar după eliminarea acesteia are loc procesul de rehidratare, dovadă că nu a fost afectată structura cristalină.

1.2 GENEZA

Zeoliţii sunt minerale poligenetice, putându-se forma, în condiţii specifice atât în mediul magmatic –hidrotermal cât şi în mediile sedimentare şi în cele metamorfice.

- Domeniul magmatic.

Prezenţa zeoliţilor în asociaţiile rocilor magmatice este determinată de cristalizare în etapa tardivă de diferenţiere a soluţiilor hidrotermale. Cele mai frecvente asociaţii cu zeoliţi în roci magmatice, se întâlnesc în fazele extruzive, petrografic în bazalte, andezite, dacite şi riolite.

- Domeniul sedimentar:

Asociaţiile zeolitice se formează în urma reacţiilor dintre apă şi rocă.

Ele se clasifica în:

-sisteme inchise-lacuri cu apă sărată, vechi sau contemporane, prin diageneza materialului piroclastic;

-sisteme deschise- materialele supuse zeolitării sunt tot de natură vulcanică dar se află şi sub influenţa apelor meteoritice care alimentează bazinul de sedimentare.

-sisteme marine: formarea zeoliţilor se realizează în sedimentare superficiale, la o temperatură scăzută.

Solurile şi depozitele alcaline sunt susceptibile zeolizării din regiunile semiaride cu soluri saline-alcaline. În sistemele deschise, zonalitatea pe verticală este şi mai evidentă, asociaţiile zeolitice fiind determinate, compoziţional de caracteristicile apelor meteoritice, de infiltraţie.

- Domeniul metamorfic

În jurul unei temperaturi de 300 grade C se formeaza asociaţia specifică faciesului şisturilor verzi. Sub această temperatură însă, nu toate asociaţiile realizate pot fi atribuite diagnezei.

Metamorfismul de îngropare este caracterizat prin roci slab şistuase. El se dezvolta în zonele cu bazine sedimentare puternice şi rapid subsisdente cu caracter puternic isochimic, nesupuse stresului.

În metamorfismul fundurilor oceanelor, faciesul zeolitic a fost confirmat în urma unor cercetări, făcute pentru fundamentarea concepţiei tectonicii globale, în zona oceanelor Atlantic şi Indian.