Prírodné zeolity a klinoptilolit – stručný prehľad ich použitia (1. časť)

Medzi netradičné suroviny budúcnosti môžeme úplne pokojne zaradiť aj skupinu minerálov známych pod širším názvom zeolity. Súčasťou tejto početnej skupiny minerálov je aj minerál klinoptilolit. Tento minerál je, ako úplne prevládajúca zložka v zeolitovej nerastnej surovine, ťažený na známom ložisku v Nižnom Hrabovci v oblasti východného Slovenska spoločnosťou ZEOCEM, a.s., ktorá má svoje sídlo v Bystrom.

Zeolitové ložisko v Nižnom Hrabovci

Prvé priemyselné ložiská zeolitov boli objavené až okolo roku 1960. Zeolity majú zvláštne vlastnosti a tým je aj dosť predurčené ich pestré a rozmanité použitie. Špecifické fyzikálne a chemické vlastnosti zeolitových minerálov vyplývajú z ich alumosilikátovej kostrovitej štruktúry, ktorá umožňuje zložité  procesy dehydratácie, výmeny iónov a adsorpciu molekúl rôznej veľkosti. A to všetko môže byť uskutočnené bez narušenia ich štruktúrnej stability. Z veľkého počtu zeolitových minerálov sú najvýznamnejšie klinoptilolit, mordenit, erionit a chabazit.

Čo sú to vlastne tie zeolity?

Skupina zeolitových minerálov zahŕňa veľký počet minerálov, ktoré sú z chemického hľadiska v podstate alumosilikáty jedno (Na, K) a dvojmocných prvkov (Ca, Ba, Sr, Mg, Mn). Veľmi dôležitá je prítomnosť voľne viazanej vody H₂O vo voľných mikroskopických priestoroch skutočne veľmi zložitej kryštálovej štruktúry.

Základom ich kryštálovej mriežky (podobne ako je tomu aj pri ostatných kremičitanoch) sú štvorsteny (SiO₄)^4-, ktoré sú navzájom pospájané spoločným kyslíkovým iónom. Kremík Si býva v štvorstene (tetraéder) čiastočne nahradený iónom hliníka Al. Pretože hliník má len tri kladné náboje, kryštálová štruktúra zeolitového minerálu nadobúda záporný náboj. Táto situácia je neutralizovaná viazaním katiónu kovu, ktorý je však slabo pútaný v kryštálovej štruktúre minerálu a je preto ľahko vymeniteľný za iný katión.

Zeolitová voda v kryštáloverj štruktúre minerálov

Štvorsteny prírodných zeolitov vytvárajú v priestore charakteristickú mriežku, ktorá sa však výrazne líši od podobných mriežok iných minerálov. Dutiny v mriežke sú navzájom  pospájané akýmisi kanálikmi. Tieto kanáliky majú pre daný typ zeolitu presný, vždy rovnaký priemer. Takto sa formuje pórovitá štruktúra mikroskopických rozmerov, v ktorej objem dutín a kanálikov dosahuje až 50% celkového objemu zeolitového minerálu.

Prírodný zeolit – klinoptilolit

 Zeolitová voda je situovaná práve v týchto kanálikoch. Molekuly vody sú v nich ale slabo viazané a pri opatrnom zahrievaní sa táto voda môže z kryštálovej mriežky uvoľniť a odstrániť. Bez toho, aby sa narušila jej pevnosť. Tomuto procesu sa zvykne hovoriť dehydratácia. Takto odstránenú vodu môže zeolitový minerál znovu pohltiť v pôvodnom množstve. Pri nedostatku dostupnej vody v okolí minerálu môžu vodu nahradiť  molekuly iných látok a vstúpiť do kryštálovej štruktúry (napr. čpavok, ortuť, sírovodík, argón, etylalkohol). Tento proces sa volá hydratácia. Prírodné zeolity takto môžu fungovať ako nejaké sitá či filtre, pomocou ktorých sa môže selektívne oddeliť z prostredia určitý typ molekúl.

Životné prostredie a prírodný zeolit klinoptilolit

Prírodné zeolity sa využívajú hlavne ako sorpčné substráty, molekulárne sitá a katalyzátory. Pri ochrane životného prostredia sú v chemickom priemysle zeolity, a teda najmä klinoptilolit najčastejšie využívané v nasledujúcich oblastiach:

• pri odstraňovaní Cs¹³⁷a Sr⁹⁰ z rádioaktívnych odpadov
• pri odstraňovaní amoniaku z odpadových vôd
• pri vysúšaní plynov
• oddeľovanie kyslíka a dusíka zo vzduchu
• spracovanie ropy
• množstvo ďalších aplikácii, ktoré sú v súčasnosti overované
  

  Zeolit je osvedčeným pomocníkom aj pri ochrane životného prostredia

 Veľmi perspektívne miesto zaujímajú prírodné zeolity v oblasti ochrany a tvorby životného prostredia. Pri čistení ovzdušia alebo kvapalín od nežiadúcich škodlivých prímesí je ich veľkou výhodou aj to, že dokážu zachytiť vo svojej kryštálovej štruktúre škodlivé látky aj vo veľmi nízkych koncentráciách.

Prečítajte si viac v druhej časti článku.