Введение

Цеолиты давно привлекают внимание исследователей как минералы, обладающие интересными структурными особенностями и специфическими свойствами. О перспективах все большего практического использования цеолитов говорит обширная патентная и научная литература. По данным [1] число патентов на синтез и применение цеолитов только в США, уже по состоянию на 1973 г., составляло более 2000, а число научных статей по цеолитам, опубликованных к этому же времени, - свыше 7000

Одним из замечательных свойств цеолитов является способность их кристаллов после дегидратации к резко выраженной избирательной адсорбции. Селективная адсорбция на цеолитах была открыта несколько десятков лет назад, однако активные природные цеолиты из-за их редкости трудности добычи в чистом виде не находили широкого применения в качестве адсорбентов. Значительный прогресс был достигнут в результате получения синтетических цеолитов. Цеолиты, синтезированные в лабораторных условиях, численно уже превосходят известные природные минералы этой группы, в то же время аналоги многих природных цеолитов пока ещё не синтезированы, а свойства и условия кристаллизации не исследованы достаточно полно.

Уровень современного промышленного производства синтетических цеолитов достигает нескольких сотен тысяч тонн в год и определяется главным образом, потребностями нефтехимической промышленности, где синтетические цеолиты некоторых структурных типов находят широкое применение в качестве катализаторов или их носителей. Такие цеолиты широко применяются при сушке, очистке, разделении веществ, а так же в качестве ионообменников.

С интез цеолитов осуществляют кристаллизацией в гидротермальных условиях реакционной смеси, содержащей оксиды натрия, алюминия, кремния и H₂O. Получаемая обычно Na- форма цеолита, может подвергаться ионному обмену с различными катионами, структурному модифицированию. Однако некоторые Na-цеолиты не могут быть использованы в качестве катализаторов или сорбентов, поэтому Na⁺- форму переводят водородную замещая ион Na+, на ион аммония NH₄⁺, затем последний термически разлагают, при этом выделяется аммиак и образуется протон, который обеспечивает электронейтральность решетки цеолита. По этой причине контроль за содержанием компонентов в цеолитах, а так же за составом цеолитов после модификаций является о собенно актуальным.

Данная работа выполнена в рамках содружества с лабораторией завода катализаторов ООО «АНХК», которая предоставила 10 синтезированных цеолитов как в Na-, так и в H- формах.

Целью данной работы явилось определение содержания (Nа, Al, Si) в синтетических цеолитах разных составов и форм.

Предстояло решить следующие задачи:

1. Выбор и освоение методик разложения цеолитов.

2. Выбор и освоение методик определения Nа, Al ,Si в этих цеолитах.

1. Цеолиты, их структура, свойства и применение.

1.1 Цеолиты (от греч. zéo — киплю и líthos — камень; из-за способности вспучиваться при нагревании), алюмосиликаты, кристаллическая структура которых образована тетраэдрами [SiO₄]^4- и [AlO4]^5-, объединёнными общими вершинами в трёхмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. В последних находятся молекулы воды и катионы металлов (I и II групп периодической системы Менделеева), а также аммония, гидрония, тетраалкиламмония и др. введённые катионным обменом поливалентные ионы.

Цеолиты встречаются в природе и получены искусственно. Общая формула цеолита Me_x/n [Al_xSi_yO_2(x+y)]*zH₂O, где Me — металл, n — его степень окисления, х — число атомов алюминия, у — число атомов кремния, z — число молекул воды.

Природные цеолиты включают около 30 минералов. К наиболее важным относятся: анальцим, ломонтит Ca·[Al₂Si₄O₁₂]·2H₂O, филлипсит (Na₂, K₂, Ca)·[Al₂Si­_2,6-6,8O_9,2-17,6]·(3,4—6,6) Н₂О; натролит, морденит (Na₂, Ca, K₂)·[Al₂Si_9,0-10,6 О_22,0-25,2]·(6,4—7) H₂O; гейландит (Са, Na₂, K₂)·[Al₂Si_6,0-7,5O_16,0-19,0]·(5,5—6,5)H₂O, клиноптилолит (K₂, Na₂, Ca)·[AI₂Si_7,5-11,0O_19,0-26,0]·(6—8)H₂O, шабазит, эрионит· (Na₂, K₂, Ca)·[Al₂Si_5,8-7,6O_15,4-19,2]·(4,8—6,8)·Н₂О, фожазит· (Са, Na₂, Mg, K₂)·[Al₂Si_4,1-4,6 O_12,2-13,2]·4H₂O.

По своей морфологии цеолиты, вероятно, рекордсмены среди обитателей сообщества минерального царства. Встречаются в виде одиночных кристаллов, шаровых скоплений, друзовидных агрегатов, корочек, наростов, сплошных массивных, пористых или ноздреватых масс, розетковидных выделений, волокнистых, игольчатых, сноповидных и волосовидных образований. Также разнообразна окраска минералов, охватывающая практически всю гамму цветового ряда, но особенное многообразие отмечается в светлых тонах цветового спектра - белесые, желтоватые, зеленовато-голубоватые и розоватые оттенки. В пегматитах встречаются прозрачные кристаллы цеолитов - не только прекрасный коллекционный минерал, но и материал для редкой огранки. К примеру, в Южной Якутии в пегматитах Инаглинского массива отмечаются прозрачные кристаллы натролита размером до 1.5-2 см. В сибирском регионе встречаются во многих местах, наиболее значимыми и интересными являются месторождения исландского шпата на севере Иркутской области и в Эвенкии. Цеолиты (анальцим, десмин, гейландит) отмечаются в пустотах в виде замечательных крупных кристаллов музейного качества в асссоциациях с другими минералами:, кальцитом, исландским шпатом, натечным халцедоном, опалом и др. В южном и восточном Забайкалье встречается среди эффузивов, а также среди гидротермальных полиметаллических месторождений.