Цеолиты

ЦЕОЛИТЫ (от греч. zeo - киплю и lithos - камень: при сильном и быстром нагр. вспучиваются с образованием пузырчатого стекла), прир. и синтетич. алюмосиликаты, кристаллич. структура к-рых образована тетраэдрич. фрагментами [SiO₄]^4-и [А1О₄]^5-, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами (окнами) размером 0,2-1,5 нм; в последних находятся молекулы Н₂О и катионы щелочных и щел.-зем. металлов, аммония, алкиламмония и др. Ц.- нестехиометрич. соед., их составы изменяются в широких пределах, образуя ряды твердых р-ров; общая ф-ла Ц.:

Впервые Ц. описаны в 18 в. Известно более 40 минеральных видов прир. Ц. Наиб. распространены: анальцим Na[AlSi₂О₆] х Н₂О; гейландит Ca₄[Al₈Si₂₈O₇₂] х 24H₂O; клиноптилолит Na₆[Al₆Si₃₀O₇₂] х 20Н₂О; ломонтит Ca₄[Al₈Si₁₆0₄₈] х 16Н₂О; морденит Na₈[Al₈Si₄₀O₉₆] x 28H₂O; филлипсит (0,5Са, Na, K)₆[Al₆Si₁₀O₃₂] x 12H₂O; фожазит Na₁₃Ca₁₂Mg_L1[Al₅₉Si₁₃₃O₃₈₄] x 235H₂O; шабазит Ca₂[Al₄Si₈O₂₄]x 12H₂O; эрионит (К₂, Са, Mg, Na₂)_4,5 [AlgSi₂₇O₇₂] x 28Н₂О.
Прир. Ц. образуют обычно белые, иногда бесцветные и прозрачные, реже красноватые, коричневые и зеленоватые кристаллы любых кристаллографич. сингоний. Твердость 5-5,5 (по минералогич. шкале); плотн. 1,9-2,8 г/см³; предел прочности при сжатии 8-15 МПа; уд. теплоемкость 0,83-1 кДж/(кг x К), теплопроводность 0,14 Вт/(м x ч x К). Разлагаются в НС1 с выделением SiO₂.
Прир. и синтетич. Ц. являются молекулярными ситами, т. е. микропористыми телами, способными избирательно поглощать в-ва, размеры молекул к-рых меньше размеров микропор (для проникания в адсорбц. полость молекула адсорбата должна иметь критич. диаметр меньше размера входного окна). Кристаллохим. особенности, способность к катионному обмену, потере и поглощению воды и иных молекул без разрушения структурного каркаса обусловливают и др. св-ва Ц., к-рые служат также ионитами и катализаторами.
В земных недрах Ц. образуются при умеренных т-рах (до 250 °С) и давлениях 200-300 МПа в результате гидротермальных вулканич. и др. процессов. Пром. месторождения представлены преим. цеолитсодержащими (60-95% Ц.) вулканич. туфами (Бурятия, Закавказье, Закарпатье, Кавказ, Камчатка, Крым, Приморский край, о. Сахалин; Якутия и др.; Болгария, Венгрия, Исландия, Куба, Монголия, Новая Зеландия, США, Япония и др.). Промышленно ценны клиноптилолит, морденит, шабазит, а также анальцим, филлипсит и др.
В пром-сти синтез Ц. проводят нагр. до 200 °С гелей, образующихся при смешении р-ров NaAlO₂ и жидкого стекла (или золя H₄SiO₄), либо смесей р-ров NaOH с прокаленным каолином. Полученные кристаллы (размер неск. мкм) гранулируют. Синтезировано более 100 разновидностей, среди к-рых особенно широко применяют Ц. типа А, X и Y (см. Цеолитсодержащие катализаторы); тип А не имеет прир. аналогов, типы X и Y близки фожазиту.
Благодаря указанным уникальным св-вам Ц. используют в пром-сти для выделения, очистки и синтеза углеводородов (см., напр., Гидроочистка, Катализаторы процессов нефтепереработки, Каталитический крекинг); разделения жидкостей, газов разделения и газов осушки; очистки воды; как наполнители бумаги; при произ-ве цемента и силикатного кирпича; создания глубокого вакуума и др.; в с. х-ве как селективные ловушки для содержащихся в почвах радиоактивных изотопов Sr и Cs; в качестве многолетних ионообменных регуляторов водно-солевого режима почв, пролонгаторов действия водорастворимых удобрений, в виде кормовой добавки к рациону с/х животных; крупные кристаллы и друзы прир. Ц.- ценный коллекционный материал.

Лит.: Брек Д., Цеолитовые молекулярные сита, пер. с англ., М., 1976; Природные цеолиты, под ред. А. Г. Коссовской, М., 1980; Кельцев Н. В., Основы адсорбционной техники, 2 изд., М., 1984; Барpep P. M., Гидротермальная химия цеолитов, пер. с англ., М., 1985.

А. Н. Сысоев.