Նկարագրություն
Զեոլիտը հիդրացված ալյումինոսիլիկատային հանքանյութերի մի տարբերակված խումբ է, որը բնորոշվում է իրենց եզակի ամբարձական կառուցվածքով, որը բաղկացած է տետրաէդրային միավորների եռաչափ շրջանակից: Ամեն մի տետրաէդրոն կազմված է կենտրոնական ատոմից՝ կա՛մ սիլիցիումից (Si), կա՛մ ալյումինից (Al), և միացած է չորս թթվածնի (O) ատոմների հետ, ստեղծելով խիստ վանդակաձև ճարտարապետություն՝ փոխադրված անցքերով և խոռոչներով: Այս կառուցվածքային ձևավորումը զեոլիտների հիմնարար հատկանիշն է, որն ապահովում է դրանց բացառիկ կլանման, իոնափոխանակման և կատալիտիկ հատկությունները, դարձնելով այն անգնահատելի տարբեր արդյունաբերական ոլորտներում: Հանքանյութերի շատ այլ տեսակներից տարբեր, զեոլիտներն ունեն հստակ սահմանված ամբարձի չափի բաշխում, որը սովորաբար տատանվում է 0.3-ից մինչև 1.0 նանոմետր, ինչը թույլ է տալիս դրանց ընտրողաբար բռնել կամ ազատել մոլեկուլները՝ կախված չափից և լիցքից՝ այսպես կոչված «մոլեկուլային մանրացրիչ» հատկանիշը:
Զեոլիտի երկրաբանական ձևավորումը և բնական աղբյուրները
Բնական ցեոլիտները առաջանում են երկրաբանական գործընթացների արդյունքում, որոնց ընթացքում ալյումինիում-սիլիկատային նյութերը փոխազդում են ջրային լուծույթների հետ որոշակի ջերմաստիճանային և ճնշման պայմաններում: Ամենատարածված առաջացման միջավայրերն են հրաբխային տիպի տեղանքները, նստվածքային ավազանները և հիդրոթերմալ աղբյուրները: Օրինակ, հրաբխային տիպի տեղանքներում ցեոլիտներ առաջանում են, երբ հրաբխային մոխիրը (հիմնականում բյուրեղացած ալյումինիում-սիլիկատներից բաղկացած) փոխազդում է ստորերկրյա ջրերի կամ ծովի ջրի հետ հազարամյակների ընթացքում: Այս գործընթացը, որը կոչվում է «դիագենեզ», հանգեցնում է բյուրեղացած մոխրի բյուրեղացմանը ցեոլիտային հանքանյութերի, որտեղ ալյումինիումի և սիլիցիումի ատոմները վերադասավորվում են բնորոշ տետրաէդրային կառուցվածքի մեջ, իսկ ջրի մոլեկուլները մնում են բռնված անցքերում՝ որպես «հիդրատացիայի ջուր»:
Կարևոր բնական ցեոլիթների միներալների մեջ են ներառվում կլինոպտիլոլիթը, մորդենիտը, չաբազիտը, էրիոնիտը և ֆիլիպսիտը, որոնք մեկը մյուսից տարբերվում են իրենց շրջանակային կառուցվածքով, անցքերի չափերով և քիմիական բաղադրությամբ: Կլինոպտիլոլիթը ամենատարածված և լայնորեն օգտագործվող բնական ցեոլիթներից մեկն է, որը գնահատվում է իր բարձր իոնափոխանակման հնարավորությամբ և ջերմային կայունությամբ: Բնական ցեոլիթների խոշոր հանքավայրեր կան ամբողջ աշխարհում, նշանակալի պաշարներով Ամերիկայի Միացյալ Նահանգներում (հատկապես Այդահոյում, Օրեգոնում և Կալիֆոռնիայում), Չինաստանում, Ճապոնիայում, Թուրքիայում, Հունաստանում և Ավստրալիայում: Ամերիկայի Միացյալ Նահանգներում Այդահոյի Բաթոլիտյան տարածաշրջանը հայտնի է իր մեծ կլինոպտիլոլիթի հանքավայրերով, որոնք ձևավորվել են տրիասյան շրջանի հրաբխային մանրաթելերի նստվածքներից: Չինաստանում ցեոլիթի պաշարները կենտրոնացած են այնպիսի նահանգներում, ինչպիսիք են Չժեցզյանը, Ցզիլինը և Արտաքին Մոնղոլիան, որտեղ նստվածքային ցեոլիթների հանքավայրերը կապված են հին լճերի հատակի և հրաբխային գործունեության հետ:
Բնական ցեոլիտների հանույթը ներառում է հարմարավետ հանքարդյունաբերման տեխնիկան, ինչպիսիք են բաց հանքավայրերի և ստորգետնյա հանքարդյունաբերման եղանակները, կախված հանքավայրի խորությունից և տեղակայումից: Երբ հանվում է, հողային ցեոլիտի հումքը ենթարկվում է կոտրման և մանրացման՝ միատեսակ մասնիկների չափի ստանալու համար, որին հաջորդում է հարստացման գործընթացներ կայլային, քվարցի և պարարտանյութերի նման խառնուրդների հեռացման համար: Հարստացումը սովորաբար ներառում է սիերի միջոցով բաժանում, ծանրության տարբերությունների կամ շրջանակային բաժանման մեթոդներ, որոնք օգտագործում են խտության կամ մակերեսային հատկությունների տարբերությունները՝ բարձր մաքրության ցեոլիտային ֆրակցիաների անջատման համար: Ստացված նյութը հետո չորացվում է ավելորդ խոնավությունը հեռացնելու համար, պահպանելով նրա բաց կառուցվածքի ամբողջականությունը և ապահովելով համապատասխան արդյունավետությունը հետագա կիրառումներում:
Շինարարական ցեոլիտներ. Արտադրություն և առավելություններ
Բնական ցեոլիթները տասնամյակներ շարունակ օգտագործվել են, սակայն սինթետիկ ցեոլիթների մշակումը ըստ ստորև նշված կետերի՝ կառուցվածքի, ամբարձակների չափի և քիմիական բաղադրության ճշգրիտ վերահսկում իրականացնելու հնարավորություն է տվել: Սինթետիկ ցեոլիթները արտադրվում են արդյունաբերական կառույցներում՝ հիդրոթերմալ սինթեզի միջոցով, որը նման է ցեոլիթների բնական առաջացմանը, սակայն ըստ լաբորատոր կամ արդյունաբերական պայմանների կառավարվում է: Սինթեզի գործընթացը սկսվում է «ժելեի» պատրաստումով, որը պարունակում է սիլիցիումի աղբյուրներ (օրինակ՝ նատրիումի սիլիկատ կամ սիլիկայի ժելե), ալյումինիում (օրինակ՝ նատրիումի ալյումինատ) և մոլդավորող նյութ (հաճախ օրգանական մոլեկուլ կամ կատիոն): Այնուհետև այս ժելեն տաքացվում է փակ ռեակտորում (ավտոկլավ)՝ 80°C-ից մինչև 200°C ջերմաստիճաններում՝ մի քանի ժամից մինչև մի քանի օր, որի արդյունքում առաջանում է ցեոլիթի կառուցվածքի բյուրեղացում:
Շաբլոնավորող ագենտը կարևոր դեր է խաղում սինթեզված զեոլիտի կառուցվածքը որոշելու գործում, քանի որ այն զբաղեցնում է համապատասխան խոռոչները բյուրեղացման ընթացքում և ավելի ուշ հեռացվում է (կալցինման միջոցով կամ բարձր ջերմաստիճանով տաքացնելով), որպեսզի ստեղծվեն ցանկալի անցքերը: Շաբլոնավորող ագենտի տեսակի և կոնցենտրացիայի, ինչպես նաև սինթեզի գործընթացի ջերմաստիճանի, ճնշման և pH-ի փոփոխությունների միջոցով արտադրողները կարող են ստանալ զեոլիտներ՝ հարմարեցված հատկություններով, ինչպիսիք են հատուկ անցքերի չափերը, իոնափոխանակման հնարավորությունները և կատալիտիկ ակտիվությունը, որոնք հարմար են արդյունաբերական որոշակի կարիքներին: Օրինակ՝ սինթեզված Y զեոլիտը լայնորեն օգտագործվում է նավթավերամշակման մեջ իր խոշոր անցքերի չափի (մոտավորապես 0,74 նանոմետր) շնորհիվ, որն ապահովում է խոշոր հիդրուղեկների տեղավորումը, իսկ ZSM-5 զեոլիտն ունի ավելի փոքր անցքեր (մոտ 0,55 նանոմետր), որն այն դարձնում է իդեալական կատալիզատոր փոքր մոլեկուլների, ինչպես օրինակ մեթանոլի հետ կապված ռեակցիաների համար:
Սինթետիկ զեոլիտների հիմնական առավելություններից մեկը բնականների նկատմամբ դրանց բարձր մաքրությունն ու համապատասխանությունն է: Բնական զեոլիտները հաճախ պարունակում են խառնուկներ, որոնք կարող են ազդել դրանց արդյունավետության վրա, իսկ սինթետիկ զեոլիտները ստացվում են նվազագույն խառնուկներով, որն ապահովում է հուսալի և կանխատեսելի արդյունքներ կիրառման ընթացքում: Ավելին, սինթետիկ զեոլիտները կարող են նախագծվել այնպես, որ ունենան հատկություններ, որոնք չեն հանդիպում բնական զեոլիտներում, ինչն ընդլայնում է դրանց կիրառման շրջանակները: Օրինակ, որոշ սինթետիկ զեոլիտներ նախագծված են բարձր ջերմային կայունություն ապահովելու համար, ինչն ապահովում է դրանց օգտագործումը բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերում, ինչպիսիք են վերամշակման կայանների կատալիտիկ ճեղքման սարքերը, իսկ մյուսները նախատեսված են բարձր ադսորբցիոն տարողականության համար, ինչն ապահովում է դրանց արդյունավետությունը գազի անջատման գործընթացներում:
Զեոլիտների հիմնարար հատկությունները՝ ադսորբցիա, իոնափոխանակություն և կատալիզ
Զեոլիտների օգտակարությունը բխում է երեք հիմնարար հատկություններից՝ ադսորբցիա, իոնափոխանակություն և կատալիզ՝ բոլորն էլ կապված են դրանց անցքային կառուցվածքի հետ:
Ադսորբցիա
Ադսորբցիան այն գործընթացն է, որի ընթացքում մոլեկուլները (ադսորբատները) ձգվում են և կուտակվում են պինդ նյութի (ադսորբենտի) մակերեսին: Զեոլիտները հատկապես լավ են ադսորբում իրենց մեծ ներքին մակերեսի շնորհիվ՝ որոշ զեոլիտների մակերեսը գերազանցում է 700 քառ. մետրը գրամի հաշվով, ինչպես նաև իրենց կառուցվածքում առկա բևեռային կայանների շնորհիվ: Տետրաէդրային միավորներում գտնվող բևեռային թթվածնի ատոմները ստեղծում են էլեկտրաստատիկ ուժեր, որոնք ձգում են բևեռային մոլեկուլները, ինչպիսիք են ջուրը, ամոնիակը կամ ածխաթթու գազը, իսկ անցքերի չափը թույլ է տալիս ընտրողաբար ադսորբել մոլեկուլները՝ կախված նրանց տրամագծից: Այս ընտրողական ադսորբցիան, կամ մոլեկուլային մանրացրիչը, զեոլիտների հիմնարար հատկանիշն է: Օրինակ, գազի անջատման կիրառումներում զեոլիտները կարող են անջատել ազոտը օդում գտնվող թթվածնից, քանի որ ազոտի մոլեկուլները (որոնք ավելի մեծ տրամագիծ ունեն, քան թթվածնի մոլեկուլները) ավելի ուժեղ են ադսորբվում զեոլիտի կառուցվածքի կողմից, թույլ տալով թթվածնին անցնել այդ կառուցվածքով: Նմանապես, զեոլիտները օգտագործվում են գազերից կամ հեղուկներից ջրային գոլորշին հեռացնելու համար չորացման կիրառումներում, քանի որ ջրի մոլեկուլները բավականաչափ փոքր են, որպեսզի մտնեն անցքերի մեջ և ուժեղ ձգվում են բևեռային թթվածնի կետերի կողմից:
Իոնափոխանակում
Իոնափոխանակությունը այն գործընթացն է, երբ ցեոլիթի կառուցվածքում գտնվող կատիոնները (դրական լիցքավորված իոններ) փոխարինվում են շրջապատող լուծույթի այլ կատիոններով: Ցեոլիթները բացասական լիցքավորված կառուցվածք ունեն սիլիցիումի ատոմների ալյումինե ատոմներով փոխարինման շնորհիվ՝ ամեն մի ալյումինե ատոմ մեկ բացասական լիցք է ներդնում, որը համակշռվում է ամպում գտնվող կատիոններով (օրինակ՝ նատրիում, կալիում, կալցիում կամ մագնեզիում): Այս կատիոնները թույլ են կապված և կարող են փոխանակվել լուծույթի այլ կատիոններով, ինչը ցեոլիթներին դարձնում է արդյունավետ իոնափոխանակիչներ: Ցեոլիթի իոնափոխանակման հնարավորությունը (IEC) դա նրա իոնները փոխանակելու ունակության չափ է, որը սովորաբար արտահայտվում է միլիէկվիվալենտ/գրամ (meq/գ): Օրինակ, կլինոպտիլոլիթն ունի IEC՝ մոտավորապես 2.0–2.5 meq/գ, ինչը այն հարմար է դարձնում կիրառման համար ջրի փափկեցման մեջ, որտեղ կալցիումի և մագնեզիումի իոնները (որոնք պատասխանատու են ջրի կոշտության համար) փոխանակվում են ցեոլիթի նատրիումի իոններով: Իոնափոխանակությունը նաև կարևոր դեր է խաղում կեղտաջրերի մաքրման գործում, որտեղ ցեոլիթները կարող են հեռացնել ծանր մետաղների կատիոններ (օրինակ՝ կապար, կադմիում և նիկել) աղտոտված ջրից՝ փոխանակելով դրանք անվնաս կատիոններով, ինչպիսիք են նատրիումը կամ կալիումը:
Կատալիզ
Կատալիզը նյութի (կատալիզատորի) կողմից քիմիական ռեակցիայի արագացման գործընթաց է՝ առանց ռեակցիայի մեջ ներգրավվելու: Զեոլիթները արդյունավետ կատալիզատորներ են՝ դրանց ապակու կառուցվածքի, թթվային կենտրոնների և իոնների փոխանակման հնարավորության շնորհիվ: Զեոլիթների մեջ թթվային կենտրոններ առաջանում են այն դեպքում, երբ կարկատոնների փոխարեն հանդես են գալիս պրոտոններ (H⁺ իոններ), որոնք հենց հանդիսանում են կատալիտիկ ռեակցիաների ակտիվ կենտրոններ: Զեոլիթների ապակու կառուցվածքը ապահովում է ռեակցիայի մասնակից մոլեկուլների հեշտ տեղափոխումը դեպի ակտիվ կենտրոններ, իսկ անցքերի չափը վերահսկում է, թե որ մոլեկուլներն են կարող հասնել այդ կենտրոններին՝ ապահովելով բարձր ընտրողականություն: Օրինակ՝ նավթավերամշակման ժամանակ զեոլիթները կիրառվում են որպես կատալիզատորներ կատալիտիկ ճեղքման գործընթացում, որն ընդգրկում է մեծ հիդրոկարբոնային մոլեկուլների (օրինակ՝ հում նավթի մեջ առկա մոլեկուլներ) փոքրացումը ավելի փոքր և արժեքավոր մոլեկուլների (օրինակ՝ բենզին և դիզելային վառելիք): Զեոլիթ ZSM-5-ը հատկապես արդյունավետ է այս կիրառման մեջ, քանի որ դրա փոքր անցքերը սահմանափակում են մեծ մոլեկուլների մուտքը՝ կանխելով ցանկալի չեղած երկրորդային ռեակցիաները և մեծացնելով ցանկալի արտադրանքի ելքը: Զեոլիթները նաև կիրառվում են քիմիկատների արտադրության մեջ, ինչպես օրինակ՝ մեթանոլից ալկենների (MTO) ստացումը, որտեղ դրանք կատալիզում են մեթանոլի փոխակերպումը էթիլենի և պրոպիլենի՝ կարևոր բաղադրամասերի մեջ, որոնք օգտագործվում են պլաստմասսաների և այլ արդյունաբերական քիմիկատների արտադրության մեջ:
Զեոլիտների արդյունաբերական կիրառումները
Զեոլիտներն օգտագործվում են արդյունաբերության տարբեր ոլորտներում՝ իրենց յուրահատուկ հատկությունների շնորհիվ: Ստորև ներկայացված են ամենակարևոր կիրառումները՝ ըստ ոլորտների:
Ջրի և կեղտաջրերի մաքրում
Զեոլիտների ամենախոշոր արդյունաբերական կիրառություններից մեկը ջրի և կեղտաջրերի մաքրման մեջ է, որտեղ նրանց իոնափոխանակման և ադսորբման հատկություններն օգտագործվում են աղտոտողների հեռացման համար: Կոմունալ ջրային կետերում զեոլիտներն օգտագործվում են ջրի մեղմացման համար՝ փոխարինելով կալցիումի և մագնեզիումի իոնները նատրիումի իոններով, որպեսզի խողովակներում և սարքերում կանխվի ալպյան կուտակումը: Նրանք նաև օգտագործվում են կեղտաջրերից ամոնիակի հեռացման համար՝ ամոնիակը հանքային և արդյունաբերական կեղտաջրերի հաճախադեպ հանդիպող աղտոտիչ է (սննդի մշակման և քիմիական արտադրությունից առաջացած աղբյուրներից) և կարող է թունավոր լինել հեղձված կենսի համար, եթե անմշակ վիճակում արտանետվի: Զեոլիտները կլանում են ամոնիակի մոլեկուլները իրենց անցքերում՝ արդյունավետորեն հեռացնելով դրանք ջրից: Բացի այդ, զեոլիտները օգտագործվում են արդյունաբերական կեղտաջրերից ծանր մետաղների հեռացման համար: Օրինակ, հանքարդյունաբերության մեջ զեոլիտները կարող են հեռացնել կապարի, ցինկի և պղնձի իոնները կեղտաջրերից, իսկ էլեկտրոնային արտադրությունում՝ կադմիումի և սնդիկի իոնները: Զեոլիտների բարձր ընտրողականությունը և վերականգնելիությունը (դրանք կարող են կրկնակի օգտագործվել աղտոտողների դեսորբցիայի համար աղի լուծույթով լվանալով) դրանք դարձնում են արդյունավետ լուծում ջրամաքրման համար:
Նավթավերամշակման և պետրոքիմիական արդյունաբերություն
Նավթավերամշակման և պետրոքիմիական արդյունաբերությունները ցեոլիտների հիմնական սպառողներն են, հատկապես կատալիտիկ գործընթացների համար: Կատալիտիկ ճեղքումը ամենակարևոր կիրառումներից մեկն է՝ ցեոլիտները փոխարինում են ավանդական կատալիզատորներին (օրինակ՝ կավ), քանի որ դրանք ավելի բարձր ակտիվություն և ընտրողականություն են ապահովում, ինչը բերում է բենզինի և այլ թեթև հիդրոկարբոնների ավելի բարձր ելքի: Ցեոլիտ Y-ն ամենատարածված կատալիզատորն է հեղուկացված կատալիտիկ ճեղքման (FCC) գործընթացում, որը համաշխարհային բենզինի արտադրության մեծ մասն է կազմում: Ցեոլիտները նաև օգտագործվում են հիդրոճեղքման մեջ, այն գործընթացում, որտեղ ծանր հիդրոկարբոնները բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի տակ փոխարկվում են թեթև արտադրանքի, ինչպես նաև իզոմերացման մեջ՝ ճկուն շղթայի հիդրոկարբոնները փոխարկելու համար ճյուղավոր շղթայի հիդրոկարբոնների՝ բենզինի օկտանային թվի բարելավման նպատակով: Պետրոքիմիական արդյունաբերությունում ցեոլիտները օգտագործվում են օլեֆինների (էթիլեն և պրոպիլեն) արտադրության մեջ՝ օգտագործելով MTO գործընթացը, ինչպես նաև արոմատիկ միացությունների (բենզոլ, տոլուոլ և քսիլոլ) արտադրության մեջ՝ կատալիտիկ ռեֆորմացման միջոցով: Ցեոլիտների կարողությունը վերահսկել արտադրանքի չափն ու ձևը (դրանց ամպրոպի կառուցվածքի շնորհիվ) դրանք անհրաժեշտ են դարձնում բարձր մաքրության քիմիական նյութերի արտադրության համար:
Գազի անջատում և մաքրում
Զեոլիտները լայնորեն օգտագործվում են գազերի բաժանման և մաքրման գործում նրանց մոլեկուլային մանրացուցիչ հատկությունների շնորհիվ: Ամենատարածված կիրառումներից մեկը օդի բաժանումն է, որտեղ զեոլիտները օգտագործվում են ազոտի կամ թթվածնով հարուստ օդ ստանալու համար: Ճնշման փոփոխությամբ ադսորբցիան (PSA) այս նպատակի համար օգտագործվող հիմնական տեխնոլոգիան է. բարձր ճնշման տակ օդը անցնում է զեոլիտի շերտով, որտեղ ադսորբվում են ազոտի մոլեկուլները, թողնելով թթվածնով հարուստ օդը հավաքելու հնարավորություն: Հետո զեոլիտի շերտը վերականգնվում է ճնշումը իջեցնելով, ազատելով ադսորբված ազոտը: Այս գործընթացը օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, օրինակ՝ սննդի փաթեթավորման մեջ (ազոտային մթնոլորտ ստեղծելու համար, որը երկարացնում է պահման ժամկետը) և բժշկական կիրառումներում (շնչառության համար թթվածին ստանալու համար): Զեոլիտները նաև օգտագործվում են բնական գազից ածխաթթու գազը անջատելու համար. բնական գազը հաճախ պարունակում է ածխաթթու գազ, որը նվազեցնում է նրա ջերմային արժեքը և կարող է առաջացնել խողովակաշարերում կոռոզիա: Զեոլիտները ադսորբում են ածխաթթու գազը, մաքրելով բնական գազը և այն վառելիքի օգտագործման համար հարմար դարձնելով: Բացի այդ, զեոլիտները օգտագործվում են ջրածնի մաքրման գործում՝ հեռացնելով խառնուկները, ինչպիսիք են ածխամոնօքսիդը, մեթանը և ջրային գոլորշին ջրածնի գազից, որը ստացվում է մեթանի գոլորշու ռեֆորմինգի կամ էլեկտրոլիզի միջոցով: Ջրածինը օգտագործվում է վառելիքային էլեմենտներում և արդյունաբերական գործընթացներում (օրինակ՝ ամոնիակի արտադրություն), և բարձր մաքրություն է պահանջվում օպտիմալ աշխատանքի համար:
Լվացող և մաքրող միջոցներ
Զեոլիտները 1970-ականներից ի վեր հիմնարար բաղադրիչ են դարձել փոշի լվացման միջոցներում՝ փոխարինելով ֆոսֆատներին, որոնք հայտնաբերվել էր, որ ջրային մարմիններում առաջացնում են էվտրոֆիկացիա (ջրիմուռների ավելցուկային աճ)։ Լվացման միջոցներում զեոլիտներն աշխատում են որպես բաղադրիչներ՝ փափկեցնելով ջուրը կալցիումի և մագնեզիումի իոնները նատրիումի իոններով փոխանակելով, որն էլ կանխում է օճառի մանրաթելերի առաջացումը և բարելավում լվացման միջոցի մաքրման արդյունավետությունը։ Լվացման միջոցներում ամենատարածված զեոլիտը զեոլիտ A-ն է, սինթետիկ զեոլիտ, որն ունի փոքր խորդուրդներ (մոտ 0.4 նանոմետր) և բարձր իոնափոխանակման հզորություն։ Զեոլիտ A-ն նախընտրվում է, քանի որ այն ոչ թունավոր է, կենսաքայքայվող է և համատեղելի է լվացման միջոցների այլ բաղադրիչների հետ։ Այն նաև օգնում է կասեցնել հեղձվածքի մասնիկները լվացման ջրում՝ կանխելով դրանց վերանույնացումը հագուստի վրա։ Լվացման փոշիների բացառությամբ զեոլիտները օգտագործվում են ամանեղեն լվացող միջոցներում և արդյունաբերական մաքրման ապրանքներում, որտեղ դրանց ջրափափկացնող և հեղձվածք կասեցնող հատկությունները նույնքան արժեքավոր են։
Շինարարություն և շինանյութեր
Ցեոլիտները ավելի շատ են օգտագործվում շինարարության և շինարարական նյութերի մեջ՝ կատարուղությունը և կայունությունը բարելավելու համար։ Ցեմենտի արտադրության մեջ ցեոլիտները ավելացվում են որպես պոցցոլանային նյութ, ռեակցիայի մեջ մտնելով կալցիումի հիդրօքսիդի (ցեմենտի հիդրացման արդյունքում առաջացած աղբյուր) հետ՝ առաջացնելով լրացուցիչ ցեմենտային միացություններ, ինչպես օրինակ՝ կալցիումի սիլիկատի հիդրատը (CSH)։ Այս ռեակցիան բարելավում է բետոնի ամրությունը և տևականությունը, նվազեցնում է հիդրացման ջերմությունը (որը կարող է առաջացնել ճեղքեր մեծ բետոնե կառուցվածքներում) և նվազեցնում է ցեմենտի արտադրության ածխածնի հետքը՝ ցեոլիտները կարող են փոխարինել Պորտլանդ ցեմենտի մի մասը, որի արտադրությունը էներգատար է։ Ցեոլիտները նաև օգտագործվում են թեթև բետոնե խառնուրդներում՝ քանի որ նրանց բացակայությունը նվազեցնում է խառնուրդի խտությունը, ինչը բետոնը ավելի թեթև է դարձնում և ավելի հեշտ է փոխադրել և տեղադրել։ Բացի այդ, ցեոլիտները օգտագործվում են ձայնամեկուսացման նյութերում՝ նրանց բացակայությունը կլանում է ձայնային ալիքները, նվազեցնելով շենքերում ձայնի փոխանցումը։ Նրանք նաև օգտագործվում են խորձահարման կարգավորման նյութերում, ինչպես օրինակ՝ պատի վահաններ և ճամային սալեր, որտեղ նրանք կլանում են օդից ավելցուկ խորձը և այն արձակում են, երբ օդը չոր է, բարելավելով ներքին օդի որակը և հարմարավետությունը։
Բնապահպանական և հաստատուն զարգացման հարցեր
Որքան զեոլիտների պահանջարկը մեծանում է, այնքան ավելի մեծ ուշադրություն է դարձվում դրանց բնապահպանական ազդեցության և հաստատուն զարգացմանը: Բնական զեոլիտները երկարաժամկետ համար վերականգնվող ռեսուրս են, սակայն դրանց արդյունահանումը կարող է բնապահպանական հետևանքներ ունենալ, ինչպես օրինակ՝ կենսամիջավայրի ավերումը, հողի էրոզիան և ջրի աղտոտումը, եթե ճիշտ կերպով չեն կառավարվում: Այդ խնդիրների լուծման համար շատ հանքարդյունահանման ընկերություններ ընդունել են հաստատուն հանքարդյունահանման մեթոդներ, ինչպես օրինակ՝ հանքային հողերի վերականգնումը (վերադարձնել սկզբնական կամ օգտագործելի վիճակի), ջրի վերամշակումը (հանքարդյունահանման և մշակման համար օգտագործված ջրի կրկնակի օգտագործումը) և ցածր ազդեցություն ունեցող հանքարդյունահանման սարքավորումների օգտագործումը: Բացի այդ, բնական զեոլիտների հարստացման գործընթացը համեմատաբար էներգախնայողական է այլ հանքային մշակման գործողությունների հետ, քանի որ չի պահանջում բարձր ջերմաստիճանների կամ թունավոր քիմիկատների կիրառում:
Սինթետիկ ցեոլիտները, մինչդեռ մաքրության և արդյունավետության առումով առավելագույն առավելություններ են ապահովում, արտադրելու համար ավելի մեծ էներգետիկ ծախսեր են պահանջում ջերմաջրային սինթեզի գործընթացի պատճառով, որն ընդգրկում է ջերմություն և ճնշում: Սակայն սինթեզի տեխնոլոգիաների զարգացումը նվազեցնում է սինթետիկ ցեոլիտների ազդեցությունը շրջակա միջավայրի վրա: Օրինակ, որոշ արտադրողներ ավտոկլավները տաքացնելու համար օգտագործում են վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներ (օրինակ՝ արեւային կամ քամու էներգիա), իսկ որոշները մշակում են ցածր ջերմաստիճանային սինթեզի գործընթացներ, որոնք պահանջում են ավելի քիչ էներգիա: Բացի այդ, սինթետիկ ցեոլիտների արտադրության մեջ օգտագործվող կաղապարային նյութերը ավելի հաճախ են փոխարինվում կենսաքայքայվող կամ վերամշակվող նյութերով, որով նվազում է արտադրվող թափոնների քանակը:
Մեկ այլ կարևոր համատեղելիության հարց զեոլիտների վերամշակման հնարավորությունն է: Շատ կիրառումներում զեոլիտները կարող են վերականգնվել և կրկնակի օգտագործվել, ինչը նվազեցնում է նոր զեոլիտների արտադրության կարիքը: Օրինակ, ջրի մաքրման մեջ ծանր մետաղները հեռացնելու համար օգտագործվող զեոլիտները կարող են վերականգնվել աղի լուծույթով լվանալով, որն ապահայտում է ծանր մետաղները՝ թույլ տալով զեոլիտի կրկնակի օգտագործումը: Գազի բաժանման գործընթացներում PSA համակարգերում օգտագործվող զեոլիտները վերականգնվում են ճնշումը իջեցնելով, ինչը էներգիայի նվազագույն ծախս է պահանջում: Զեոլիտների վերականգնման հնարավորությունը ոչ միայն թափոնները նվազեցնում է, այլ նաև նվազեցնում է դրանց օգտագործման արդյունաբերական ծախսերը:
×
