Zeolit

Zeolity se díky svým vlastnostem, jako jsou adsorbce těžkých kovů nebo amoniaku, využívají po celém světě k úpravě pitné, odpadní, bazénové a surové vody.

Fyzikální vlastnosti zeolitu se výrazně od sebe liší a je nutné vždy používat při úpravě vody vhodný typ zeolitu. Pro úpravu vody v bazénu, kde se standardně používají rychlé filtry cca 40-50m³/Hod je nutné používat zeolity s co nejvyšší tvrdostí ( 7 Mohs ) a menší velikostí pórů. Nejvyšších tvrdostí s nano póry dosahují pouze zeolity z oblasti Austrálie, kde se tvrdost zeolitů pohybuje okolo 6 - 7 Mohsové stupnice tvrdosti. Běžné zeolity, které jsou těžené v Evropě, USA nebo ASII dosahují tvrdosti pouze 2-3 Mohsovy stupnice tvrdosti s makro póry, které nejsou vhodné pro rychlé diskontinuální filtrace. Australský typ zeolitů mají velikost pórů okolo 50 nm a jsou proto považovány jako antibakteriální.

Zeolity jsou využívány při úpravě bazénové vody hlavně kvůli iontové výměně, kdy dochází k adsorbci amoniaku z vody, kam se dostal z lidské pokožky a v reakci s chlorem, který je používán k desinfekci dochází k reakci při vzniku anorganických chloraminů – monochloramin (NH₂Cl), dichloramin (NHCl₂) a trichloramin (NCl₃).[4]

Zeolity bývají jednou ze základních složek bezfosfátových pracích prášků.

Vyleštěná nodule thomsonitu

Nejvzácnějším minerálem ze skupiny zeolitů je thomsonit. Má významný šperkařský potenciál a je pro tyto účely vyhledáván na lokalitě Hořejší jezero v Minnesotě, USA. Zde dochází k uvolňování nodulí, které erodují z bazaltů a následně jsou vyplavovány na tamějších plážích (dokonce jsou sbírány potápěči v hlubších partiích jezera). Tyto nodule mají velice překrásnou páskovanou strukturu, kde se střídají barvy černé, oranžové, červené, žluté, růžové až fialové. Tyto barvy jsou způsobeny vlivem nečistot, které se navázaly do struktury zeolitu a nejčastěji se zde vyskytuje plno mědi, která může vytvářet až samostatné měděné inkluze, kterým se říká "měděné oči". Při vyleštění se zde může objevit jev chatoyance, též známý jako "efekt kočičího oka".

Fyzikálně-chemické vlastnosti zeolitu vyplývají z jeho alumosilikátové kostrovité struktury, která umožňuje dehydrataci, výměnu iontů a absorpci molekul různé velikosti, aniž by došlo k jejich narušení. To umožňuje používat zeolit jako sorbent, molekulární síto a katalyzátor.

Přidáním zeolitu do půdy můžeme významně ovlivnit některé z půdních vlastností. Obohacuje půdu o stopové a biogenní prvky. Příznivě působí na růst a vývoj plodin, zlepšuje úrodnost a zvyšuje výnos pěstovaných plodin. Lépe provzdušňuje půdní komplex. U písčitých zvyšuje úrodnost, lépe zadržuje vodu a postupně ji uvolňuje dle potřeb rostlin.

Díky velkému povrchu, jež má tento minerál k dispozici, se užívají přípravky, které jsou vyrobeny na bázi zeolitu.

Významné využití ve zdravotnictví je v tom, že tyto přípravky jsou schopny stavět krvácení. Při kontaktu s krví v ráně a jejím okolí vychytávají z krve molekuly vody, zatímco větší struktury zůstanou v ráně a tím podpoří přirozené stavění krvácení.

Druhou velmi významnou aplikací je použití v kyslíkových koncentrátorech, kde jsou umělé zeolity schopné za určitého tlaku odfiltrovat dusík ze vzduchu, takže prošlá směs má výrazně vyšší podíl kyslíku. Filtr je ovšem následně nutné regenerovat (profouknout zpět za nižšího tlaku), čas regenerace se řídí velikostí filtru, řádově jsou to desítky sekund. Přístroje mají proto alespoň dva filtry, které pracují střídavě.

Zeolit se používá jako filtrační medium pro čištění zahradních jezírek, rybníků a akvárií. Pórovitá struktura zeolitu poskytuje optimální povrch pro kolonizaci biologicky užitečných nitrifikačních bakterií.

Zeolity se používají jako solární termokolektory a v adsorpčních chladicích zařízeních. V těchto aplikacích se využívá jejich vysoké zahřívání při adsorpci a schopnost hydratace a dehydratace při zachování strukturální stability. Tato hygroskopická vlastnost spojená s inherentní exotermní reakcí (způsobující zahřátí) při přechodu z dehydratované do hydratované formy předurčuje přírodní zeolity k využití odpadového tepla a tepelné sluneční energie.

Tyto zeolity se dobývají většinou povrchovou metodou lomu. Nadloží je odstraněno, aby umožnilo přístup k rudě a následně mohla být odstřelena nebo roztrhána pomocí těžké techniky. Při zpracování se ruda drtí, suší a mele. V současné době je roční světová produkce přírodního zeolitu asi 3 miliony tun. Hlavními producenty v roce 2010 byla Čína (2 milionů tun), Jižní Korea (210 000 tun), Japonsko (150 000 tun), Jordánsko (140 000 tun), Turecko (100 000 tun), Slovensko (85 000 tun) a Spojené státy americké (59 000 tun).[5] Díky dobré dostupnosti materiálu a malých nákladů na jeho těžbu, jsou přírodní zeolity stále rentabilní a jejich těžba má do budoucna veliký potenciál.

Existuje zde několik druhů syntetických zeolitů, které využívají proces pomalé krystalizace gelu oxidu křemičitého a oxidu hlinitého v přítomnosti alkálií a organického templátu. Klíčovým krokem při syntéze zeolitů je sol-gel hydrolýza, která může do struktury zabudovat kovy nebo oxidy kovů. Konečné vlastnosti syntetického zeolitu jsou tak závislé na složení reakční směsi, pH reakčního prostředí, reakční teplotě a času a také na povaze použitého templátu. Tyto zeolity jsou velmi stabilní a mají dobré vlastnosti, které můžeme upravovat přimícháváním různých látek do struktury a následně tak upravovat materiál podle potřeby užití. Jejich struktura oproti přírodním analogům je přesněji definovaná a pravidelnější.