Определение стабильной и обменной емкости цеолитсодержащей породы Атяшевского проявления

Мордовский государственный университет

Институт физики и химии

РЕФЕРАТ

Определение стабильной и обменной емкости цеолитсодержащей породы Атяшевского проявления

Выполнила:

Девяткина М.В.

Проверил:

Седова А.А.

2009

Введение

Промышленная деятельность человека привела к накоплению в природных объектах загрязнений за счёт пылевидных выбросов и сточных вод предприятий.

В современных условиях одной из важнейших проблем является защита окружающей среды, в частности водного бассейна, от загрязнений вредными веществами и рациональное использование водных ресурсов. Необходимо повысить эффективность работы очистных сооружений и установок, расширить использование очищенных сточных вод в народном хозяйстве. В связи с этим важное значение приобретают разработка и широкое использование замкнутых циклов водоснабжения в промышленности и комплексная переработка природных и сточных вод от тяжёлых металлов и нефтепродуктов.

Настоящая работа посвящена изучению катиннообменных свойств цеолитсодержащей породы Атяшевского проявления и способности её к очистке воды от нефтепродуктов.

1. Общие сведения о природных цеолитах

Среди выдающихся геологических открытий последних десятилетий стоит установление распространения и важной породообразующей роли природных цеолитов.

Природные цеолиты всё более широко применяются в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.

Области применения природных цеолитов обусловлены их адсорбционными и ионообменными свойствами, а также термической, химической и механической устойчивостью и особенностями состава.

Как самостоятельная группа природных водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов цеолиты были выделены в 50-х годах ХVIП века, после открытия стильбита Кронстедом в 1756 г. Из-за способности стильбита вспучиваться при нагревании в пламени паяльной трубки он назвал его «цеолитом», что в переводе с греческого означает «вскипающий камень».

С конца XIX века стали известны уникальные ионообменные и адсорбционные свойства цеолитов. Однако отсутствие крупных природных скоплений этих минералов ограничило производимые научно-исследовательские работы.

В середине ХХ века быстро развивающаяся промышленность обусловила бурный рост производства искусственных цеолитов, которые стали применяться главным образом, как адсорбенты и носители катализаторов в нефтепереработке и нефтехимии. Количество различных видов синтетических цеолитов, производимых в мире, к настоящему времени исчисляется сотнями.

Решающим шагом было открытие в 50-х годах ХХ века в Японии, США, а затем и в других странах крупных промышленных месторождений с содержанием цеолитов в породах до 90% и запасами сырья в миллионы тонн.

Этим было положено начало интенсивному изучению, применению и внедрению природных цеолитов в мировую экономику.

Природные цеолиты являются водными каркасными алюмосиликатами щелочных и щелочноземельных металлов с обобщённой эмпирической формулой M_x/n[(AI02)xCSi02)y]*pH20, где М - одновалентные (Na, К, Li) и (или) двухвалентные катионы; n - заряд катиона; х/у = 1 - 6; р/х = 1 - 4. В квадратных скобках обычно приводится состав тетраэдрического скелета.

Пористая открытая микроструктура цеолитов и предопределяет их уникальные полезные свойства. Обезвоженные путём нагревания цеолиты приобретают способность адсорбировать внутрь структуры молекулы различных веществ, которые по своим размерам не превышают диаметр пор - окон. В водной среде цеолиты легко обменивают свои катионы на другие, находящиеся в растворе. В процессах адсорбции и ионного обмена цеолиты проявляют тенденцию к избирательному поглощению одних ионов или молекул перед другими (молекулярные сита). Реакционная способность некоторых сорбированных молекул резко и избирательно увеличивается, в результате чего цеолиты проявляют каталитическую активность во многих реакциях, лежащих в основе промышленных процессов синтеза и переработки.

При изменении внешних условий адсорбированные молекулы могут быть удалены, а обменные катионы заменены другими, в результате чего цеолиты регенерируются и могут работать в многоцикловом режиме. Обработка растворами кислот, щелочей и солей позволяет модифицировать цеолиты и целенаправленно изменять их свойства применительно к решению той или иной задачи.

Природные цеолиты (цеолитсодержащие породы) являются сырьем многоцелевого использования. Можно выделить 3 основные области их применения: промышленность, сельское хозяйство и охрана окружающей среды.

Как установлено в последнее десятилетие, цеолиты являются чрезвычайно широко распространёнными минералами при поверхностных частей литосферы до глубины 7.5 км. По распространённости они следуют за полевыми шпатами, кварцем, слюдами, глинистыми минералами и карбонатами. Цеолиты встречаются в ассоциации почти со всеми разновидностями осадочных, вулканогенноосадочных, вулканогенных и интрузивных пород континентов и океанов, где образовались в результате различных экзогенных эндогенных процессов по различному исходному материалу (алюмосиликатным гелям, вулканическому стеклу, биогенному аморфному кремнезёму, полевым шпатам и др.).

Изучение ионообменных равновесий представляет собой одну из основных задач при характеристике ионообменных свойств цеолита. При этом имеет важное значение правильная интерпретация полученных результатов. В исследованиях использовалась наиболее распространённая методика расчёта термодинамических параметров обмена. Эта методика основана на том, что распределение обменных катионов между твёрдой фазой и раствором обычно подчиняется закону действующих масс с учётом кристаллохимических свойств цеолитов и физико-химических свойств растворов. Поэтому ионообменное равновесие между кристаллической фазой и раствором может быть охарактеризовано константой равновесия обратимой ионообменной реакцией.