Mineralogický systém Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. Zeolity Osnova přednášky: • Tektosilikáty • Zeolity • Vznik zeolitů • Použití zeolitů 1. Tektosilikáty Významná skupina silikátů s trojrozměrným skeletem tetraedrů SiO[4], které jsou vzájemně propojeny všemi rohovými kyslíky. Do dutin pak vstupují většinou relativně velké kationy, popř. H[2]O a jiné kaniony (Na, Ca, K) a někdy také anionty (S, Cl). • Skupina živců (albit, anortit, K-živce) • Skupina foidů (nefelín, lazurit, sodalit) • Skupina zeolitů 2. Zeolity Definice: Minerál ze skupiny zeolitů je krystalická látka se strukturou složenou ze vzájemně propojených tetraedrů, jejichž rohy jsou tvořeny O a obklopují kation. Tato struktura je prostorově uspořádaná tak, že obsahuje otevřené prostory ve formě kanálů nebo dutin. Ty jsou obvykle vyplněny H[2]O nebo kationy, které nejsou vázány do struktury tetraedrů a jsou vyměnitelné. Kanály jsou natolik velké, že umožňují i průchod příbuzných látek bez porušení struktury. V hydratovaných fázích dochází k uvolnění H[2]O - dehydrataci - za teplot pod 400 °C a ta je většinou vratná. Struktura může obsahovat také (OH, F) skupiny, umístěné ve těch vrcholech tetraedrů, které nejsou sdíleny s jinými tetraedry. 2. Zeolity Použití definice Mezi zeolity jsou řazeny pouze minerály, jejichž struktura umožňuje vratnou dehydrataci a výměnu kationů. Proto mezi ně nejsou řazeny tektosilikáty jako jsou např. skapolity, sodality, nefelin aj., které mají velmi podobnou strukturu, ale nedochází v nich k výměně kationtů. Některé minerály obsahují vedle H[2]O skupinu (OH,F) ve vrcholku tetraedrů, ale netvoří můstek s jinými tetraedry. Tyto jsou řazeny mezi zeolity (např. chiavennit, maricopait). Minerály skupiny cancrinitu splňují řadu strukturních požadavků na zeolity, ale přítomnost velkých aniontů (např. SO[4]) ve struktuře je odlišuje a nejsou mezi zeolity řazeny. Také jejich dehydratace probíhá za vyšších teplot než u zeolitů. Leucit nebyl řazen mezi zeolity. Jeho struktura je ale identická jako u analcimu a existence ammonioleucitu vede k tomu, že je řazen mezi zeolity. Pollucit nebyl řazen mezi zeolity. Jeho neomezená mísitelnost s analcimem ale vede k tomu, že je také řazen mezi zeolity. Mezi zeolity jsou řazeny také některé berylofosfáty (např. weinebeneit). Ty sice neobsahují Al a Si, ale splňují ostatní požadavky pro definici minerálů ze skupiny zeolitů. 2. Zeolity Obecný vzorec zeolitů Definice obecného vzorce je podle nové definice spíše nemožná. Ve starší literatuře je ale uváděn vzorec, který do určité míry vystihuje složení zeolitů: M[x]D[y] (Al [x+2y] Si [n-x-2y] O[2n]) . m H[2]O (Si > Al) x a y se mohou rovnat, kde nově uváděné prvky M = jednovalentní kationy (Na,K) (Li, Cs, NH[4], Cu) D = dvojvalentní kationy (Ca, Mg) (Ba, Sr, Mn, Pb) Al (Be, Zn,) Si (P) aniony v kanálech H[2]O (Cl, B) aniony v tetraedrech O, OH, F Typické substituce: CaAl - NaSi 2Na - Ca BeP - AlSi 2. Zeolity 2. Zeolity Důležité zeolity: natrolit, stilbit, heulandit, laumontit, wairakit, klinoptilolit, mordenit, faujasit, erionit, harmotom, phillipsit, chabazit, analcim Vybrané zeolity leucit K[AlSi[2]O[6]] ammonioleucit (NH[4])[AlSi[2]O[6]] analcim Na[AlSi[2]O[6]] . H[2]O pollucit (Cs,Na) [AlSi[2]O[6]] . nH[2]O hsianghualit Li[2]Ca[3][Be[3]Si[3]O[12]]F[2] maricopait Pb[7]Ca[2][Al[12]Si[36](O,OH)[100]] . n (H[2]O,OH) n = 32 weinebeneit Ca[Be[3](PO[4])[2](OH)[2]] . 4 H[2]O chiavennit CaMn[Be[2]Si[5]O[13](OH)[2]] . 2H[2]O kalborsit K[6][Al[4]Si[6]O[20]]B(OH)[4]Cl 2. Zeolity Vlastnosti zeolitů - převážné bílé, bezbarvé - nízká tvrdost - nízká hustota T =3-4, H = 2,0-2,2, - nízké indexy lomu a dvojlom - vratná dehydratace při teplotách pod 400 °C - schopnost výměny kationů 2. Zeolity 2. Zeolity 2. Zeolity 2. Zeolity 3. Vznik zeolitů Vznik Až na výjimky, typické nízkoteplotní a relativně nízkotlaké minerály. Způsoby vzniku zeolitů - zvětrávání silikátů při vysokém pH - diagenetické pochody - alterace minerálů cirkulující pozemní vodou - hydrotermální alterací a krystalizací spojenou s magmatickou aktivitou - kontaktní metamorfóza - krystalizace z hydrotermálních roztoků - regionální metamorfóza nízkého stupně - krystalizace z magmatické taveniny 3. Vznik zeolitů Typické horniny - vulkanické a subvulkanické tufy a skla (zeolity vznikají většinou až po reakci s vodou různého původu) - hlubokomořské pelagické sedimenty - nízce metamorfované horniny - dutiny ve vulkanitech - hydrotermální systémy na trhlinách hornin (hydrotermální rudní žíly, alpská parageneze) - hyperalkalické magmatické horniny - granitické pegmatity 3. Vznik zeolitů 3. Vznik zeolitů 3. Vznik zeolitů 3. Vznik zeolitů 4. Použití zeolitů Použití Vyplývá ze specifických vlastností zeolitů. Většina dnes používaných zeolitů je ale vyrobena synteticky. - zachycení různých typů polutantů (radioaktivní látky, organické látky, SO[2]) - čištění různých látek - zemědělství - výroba papíru 4. Použití zeolitů 4. Použití zeolitů