جهت نگارش مطالعات بازار و طرح توجیهی تولید زئولیت مصنوعی با اطلاعات کاملاً به روز برای سال 1402 ، با فرمت DOC و PDF و با گزارش گیری نرم افزار کامفار ، جهت اخذ مجوز یا ارائه به بانک ، این صفحه را مطالعه نموده و سپس با ما تماس بگیرید . ضمنا میتوانید فایل pdf طرح توجیهی کارخانه تولید زئولیت مصنوعی را که در سال های قبل نگارش شده است را صرفا جهت مطالعه از انتهای صفحه دانلود نمایید.

---

✔️ چرا باید به سمت تولید زئولیت A رفت ! ( بررسی تخصصی طرح توجیهی تولید زئولیت  مصنوعی )

---

زئولیت از نظر لغوی به معنای سنگ جوشان می باشد که از دوکلمه یونانی گرفته شده است ، تـاکنون بـیش از 40 نوع از زئولیت های طبیعی و 150 نوع زئولیت مـصنوعی شـناخته شـده انـد.

زئولیتی که از نوع زئولیت های سنتزی باشد و در ساختمان آن (کاتیم)، (پتاسیم یا سدیم) و یا (کلسیم) باشد به ترتیب 5A و 4A و 3A نامیده می شود.

زئولیت ها از نظـر سـاختمانی مـشابه بـوده و از طریـق تبادل یونی در محلولهائی که این کاتیونها وجود دارد میتوانند به یکدیگر تبدیل شـود از ایـن زئولیت در زمینه های مختلف در صنعت بکار رفته که بیشترین اهمیت این نوع زئولیت کـاربرد در سـاخت دترجنت هـا (شوینده ها) می باشد.

زئولیت A به حای STTP (تری پلی فـسفات سـدیم) در سـاختمان دترجیـت بکـار میرود. STTP درآنها به مانند کود عمل کرده و باعث رشد جلبکها و در نتیجه کمبود اکسیژن مـیشـود.

کمبود اکسیژن درآب دریاچه ها و رودخانه ها سبب مرگ و میر و با مهاجرت ماهی ها میشود و این از مسائل مهم در کشورهای ژاپن، استرالیا، چین، کشورهای هندوچین (اندونزی، فبلیپـین، ویتنـام، و...) هندوسـتان و کشورهای غربی خلیج فارس وکشورهای مدیترانه (ترکیـه، لبنـان، ایتالیـا، فرانـسه،الجزایر  و...) و کـشورهای انکلیس و آلمان و کانادا و آمریکا و آفریقای جنوبی و کشورهای آمریکای جنـوبی مـیباشـد زیـرا اکثـر ایـن کشورها بیشترین درصد پروتین مورد نیاز خود را از مصرف آبزیان و ماهی ها بدست می آورند. 

در سواحل جنوبی و شمالی ایران نیز ماهی غذای اصلی مردم استانهای مازندران-خوزستان- هرمزگان و ... را تشکیل میدهد پس جایگزینی پودر دتریجنت های زنولیتی در این نواحی بطور حتم ضرورت پیدا  میکند.

✳️ آشنایی با ماهیت زئولیت !

تـا همـین اواخـر (تـا سـال 1982) زئولیت ها را جز دسته ای از دیسکانت های جاذب از مواد آلومینیوسیلیکات های کریستالی، که از نظـر شیمیایی مشابه با خاک رس و فلدسپار هستند میدانستند اما درآن سال مسلم گشت کـه زئولیت هـا فقـط منحصر به آلومینیوسیلیکاتها نبوده بلکه با پیشرفتهای که اخیراً صورت گرفته شده دریافتند کـه عـلاوه بـر عناصــر Si و Al و Ca و Ga وFe درســاختمان آنهــا ترکیبــاتی نیــز از چنــد عنــصر از جملــه Li , Be,B,Mg,zn وجود دارد. 

گرچه تنها 60 ساختمان مولکولی با توپولوژی متفاوت شناخته شده است لکن دهها هزار ساختمان ملکولی از نظر تئوری محتمل است که بسیاری از ساختمانهای شناخته شده دارای پایداری حرارتی و شیمیایی زیادی هستند همین امر موجب میشود که زئولیت ها در دامنه وسیعی از فرآیندهای مهم صنعتی نظیر جداسازی، تخلیص، تعویض یونی و کاتالیزوری مواد مفید باشند. 

در بسیاری از کاربردها بخصوص در صنعت نفت و پتروشیمی زئولیت هـا در اکثـر ، فراینـدهـای جدیـد جـا افتاده انـد. زئولیت هـا کنتـرل ملکـول را در ورود و خـروج از محـل واکـنش و همچنـین کنتـرل انـدازه و استرتوشیمی محل واکنش، کنترل مولکولی واکنش شیمیایی و نهایتاً مهندسی ملکـولی را برای ملکـولی بـا ابعاد کمتر از A10 تسهیل نمودند. 

از نظر ساختمان ملکولی زئولیت ها، دارای کریستالهای پلیمری و غیر آلی از شبکه های چهار وجهـی ₂SiO و ₂AlO میباشند که توسط اتصالات اکـسیژنی بـه هـم پیوسـته و یـک شـبکه فـضائی را ایجـاد کـرده کـه کاتیونهای فلزی در اطراف این چهار وجهی ها پراکنده اند.

این ساختمان مشبک حاوی شـیارها و یـا فـضاهای مرتبط به یکدیگر میباشند که توسط کاتیون ها موجود و یا مولکول های آب ، اشغال شده است.

کاتیونها متحرک بوده و تعداد آنها زیاد است و معمولاٌ محل تعویض یونی هستند، آب را نیز میتوان بطور بازگشتی جـدا کـرد که عموماً با بکارگیری حرارت میسر است که در این حالت ساختمان کریـستالی بـدون آب و اصـطلاحاً دی هیدراته ای وجود خواهد داشت که دارای میکرو منفذهایی است که تقریباً 50% حجم کریستال ها را بـه خـود اختصاص داده و بدین ترتیب با اعمال حرارت، ملکول های آب ، ساختمان کریستالی مزبور را ترک خواهند کرد. 

در بعضی از زئولیت ها عمل آبگیری می تواند منجر به ایجاد اغتشاشات پاره ای از ساختمان زئولیت منجملـه تغییر مکان کاتیون و تا اندازه ای تغییر شکل خود زئولیت گردد. 

اصولاً ساختمان زئولیت ها از سه جنبه مورد بررسی قرار می گیرد : 

• آرایش اساس واحدهای پایه و منفرد در فضا که توپولوژی شبکه را معین مینماید.
• موقعیت و مکان های کاتیونهای فلزی موازنه کننده بار.
• نوع مواد پرکننده کانالها و شارهای زئولیت در حین تشکیل که عموماً آب میباشد.

بعد از آنکه آب از ساختمان کریستالی زئولیت جدا شد فضای خالی موجود در شبکه می تواند جهت جـذب گازهائی از دیگر مایعات، نمک ها، عناصر و نیز سایر اجسام بکار گرفته شود. 

در زئولیت ها، سیستم حفره ها و فضاهای خالی قفسه ای شکل ممکن است پیوسته با متـشکل از شـیارهای یکنواخت باشد که در بعضی از موارد تک بعدی بوده و در مواردی دیگر از قطع شدن این شیارها در سیستم 2 یا 3 بعدی فراهم میگردد.

ساختمان مطلوب ساختمانی با شیارهای 2 یا 3 بعدی میباشد که سبب نفـوذ سریع و ملکولها به درون کریستالها در کاربردهائی چون جذبی یا بعنوان کاتالیست میگردد.  

محققین امروزه با استفاده از اسبابهای چون کریستالوگرافی با اشعه X توانسته اند به شـرح و تفـسیر دقیـق بسیاری از ساختمانهای  زئولیتها بپردازند. 

فرمول ساختمانی زئولیت متکی بر ترکیب و حد کریـستالی مـی باشـد کـه واحـد سـاختمانی آن بـا فرمـول شیمیایی زیر ارائه می گردد. 

M_x/n (AlO₂)x   (SiO₂)y   WH₂O                                          

که n ظرفیت کاتیون مورد نظر M و W تعداد مولکولهای آب بر واحد شبکه و x و y نیز کل تعداد چهـار وجهی ها، در یک شبکه است که x و y معمولاً در محدوده 1-5 قرار دارد اما اخیراً پـاره ای از زئولیتهـا بـا مقدار سیلیکای بالاتری تهیه شده اند که درآنها x و y بین 100-10 و یا حتی بیشتر از آن قرار داشته است. 

در غالب ساختمانهای زئولیتی واحدهای اولیه و پایه از آنها (بصورت چهار وجه ی) در درون واحدهای ثانوی که میتواند چند وجهی های ساده ای چون مکعب منشور 6 وجهی و یا نـوعی هـشت وجهـی باشـند تجمـع مییابند که شکل نهائی شبکه پس از تکرار واحدهای ثانوی تامین میگردد اما مدلهـای سـاختمانی غالـب آنها بر مبنای اسکلت بندی چهار وجهی ها بنا می گردد. 

ساختمان ملکولی زئولیت ها یک چهار وجهی با چهار اتم اکسیژن در یک اتم سیلیس ( 4-4Sio ) میباشند. رئوس این چهار وجهی ها با اشتراک گذاشتن اتم اکسیژن به هم متـصل شـده تـا واحـدهای ساختمانی کوچک ثانویه را مطابق شکل دهند که خود با اتصال به همدیگر دامنه وسیعی از چند وجهی ها را تشکیل می دهند. اینها به نوبه خود در اثر اتصال به هم ، اسکلت گسترده ای از ساختمان کریستالی زئولیت های متنوع را بوجود می آورند.

باید توجه داشت که احتمال جایگزینی سیلیسم در شبکه توسط سایر عناصر وجود دارد که به پیچیدگی آن می افزاید. کاتیونهای عناصر مورد نظر بایستی در فضای بین چهار وجهی اتم اکسیژن بدون ایجاد کشش زیـاد مستقر شوند و همچنین از نظر بار الکتریکی خنثی باشد .

در این میان 4+Si خنثی است لکن جـایگزینی اتـم  4+Al با 4+Si در شبکه ، یک بار منفی بوجود می آورد که توسط کاتیونهای غیر شبکه ای (مانند+Na) که در منافذ با حفره های ساختمان قرار میگیرند، جبران می شود از آنجائیکه کاتیونها مثـل 4+Si و یـا 4+ Al در درون شبکه بوسیله چهار اکسیژن مستحکم نشده اند لذا کاتیونها جبران کننده باز نسبتاً متحرک بـوده و در بسیاری از موارد میتوانند به سهولت توسـط کاتیونهـای دیگـر مبادلـه و جانـشین گردنـد هـر قـدر تعـداد جایگزینی 4+Si توسط کاتیونهـای بـا ظرفیـت کمتـر(معمـولاً آلـومینیم یـا گـالیوم) بیـشتر باشـد.

تعـداد کاتیون های متحرک نیز زیادتر خواهد بود لذا ظرفیت تعویض آن زئولیت هم بیشتر خواهد شد. این قابلیـت تغییر جایگزینی ایزومرف نامیده میشوند و اشکال متعددی از ساده ترین حالت را بخود میگیرد. 

براحتی میتوان زئولیت ها را بر حسب ابعاد منافذ ساختمانی به یک و دو و سه بعدی تقسیم بندی کرد.

✳️ کدهای آیسیک و تعرفه های گمرکی و استاندارد های مرتبط با صنعت زئولیت

کدهای آیسیک و تعرفه های گمرکی مرتبط با صنعت زئولیت به قرار زیر میباشند :

• کد آیسیک زئولیت سنتزی : 24113795
• کد تعرفه گمرکی سیلیکات سدیم جامد : 28391910

استانداردهای مرتبط با تولید زئولیت مصنوعی به قرار زیر میباشند :

• روش اندازه گیری ظرفیت تبادل یونی (شماره استاندارد : 7107)
• پودرهای شوینده اندازه گیری زئولیت - ویژگیها و روشهای آزمون (شماره استاندارد : 5477)
• پودرهای شوینده - اندازه گیری کائولن و زئولیت - روش جذب اتمی (شماره استاندارد : 6453)

---

✔️ انواع زئولیت ها کدامند !

---

60 سال پیش از مطالعه بر روی کریستالهای بدون آب زئولیت های طبیعی ، خصوصیات جذب گازی آنها کشف شد و از آن به بعد ، به رفتار غربال ملکولی پی بـرده شـد.

کریـستال زئولیت هـا دارای میکروپرزهـائی می باشد. که بطور یکنواخت درآن گسترده است و بطور انتخابی به جذب و یـا دفـع و بازگـشت ملکول هـا بـر مبنای اندازه آنها مبادرت می کنند. 

این خصوصیات به همراه فرایندهای ممتازی که در امر جدا کردن مواد، توسط زئولیت ها انجـام مـی گرفـت سبب شد تا کوشش هائی در جهت تولید زئولیت هـا از طریـق سـنتزی بعمـل آینـد از آن پـس بـسیاری از زئولیت های کریستالی بطرق مصنوعی ساخته شدند که هر کـدام تـامین کننـده اهـدافی خـاص در صـنایع شیمیایی بودند. امروزه بیش از انواع 150 نوع زئولیت و 40 نوع زئولیت معدنی (طبیعی) شناسائی شده اند. 

زئولیت ها معمولاً نامگذاری سیستماتیک ندارند. زئولیت های طبیعی بتدریج که شناخته شدند نامی متـداول زمان برآنها نهادند فرمول شیمیایی تجربی تمام زئولیت ها بصورت زیر معرفی می گردد. 

 M_2,x,n Al₂O₃.y Sio₂ WH₂o                                           

عدد Y مساوی و یا بزرگتر از 2 میباشد و n ظرفیت کاتیون و W نیز آب موجود در فـضای خـالی زئولیت را بیـان میدارد .

✳️ آشنایی با زئولیت های معدنی (طبیعی) و معادن زئولیت ایران !

کانی های زئولیت در اعماق بسیار زیاد زمین و نیز دریا تشکیل شده اند و تا حدود 20 سال قبـل کـانی هـای زئولیتی موجود در سنگهای آتشفشانی وبازالتیک مد نظر بودند امـا در 20-25 سـال قبـل، بـا اسـتفاده از دیفراکسیون اشعه x بر روی سنگهای رسوبی، کانیهای متعددی از زئولیت ها، در آن شناسـائی شـد کـه از تغییر خاکسترهای آتشفشانی در محیط قلیایی تشکیل شده اند  .

در طبیعت زئولیت ها در گودال های حاوی توده های مذاب و گداخته بـارالتیکی و در منـاطق چـون هـاوائی، جزایر ایسلند و اسکاتلند و در انواع خاصی از صخره ها و سنگهایی که در معـرض فـشار و دمـای ژئولوژیکی (زمین شناسی) در خاکسترهای دگرگون شده واکنش ماده و در مواد آتشفشانی بجا مانده اند.

آتشفشان هـای خارج شده از کوه های Casace در ایالات Oregan و میشیگان تجمـع صـدها مایـل مکعـب از ایـن مـواد گسسته اند.

قابل ذکر اسـت کـه از میـان 40 نـوع زئولیت معدنی تنها شابازیت، واربونیت و مردنیت و کلینوبینلولیت در مقدار و خلوص قابل توجهی موجود میباشند. که بصورت محصولات تجاری نیز بسهولت در دسترس قرار میگیرند.

در حالت کلی میتوان بعضی از انواع سنگهای معدنی زئولیتی را با خلوص بالا اسـتخراج نمـود کـه بعـد از استخراج توسط عملیاتی بنام خرد کردن و خشک کردن و پودر و غربال کردن آماده مصرف می کردند.   

✳️ معادن زئولیت در ایران کدامند !

کانسارهای زئولیت در نواحی دماوند، سمنان، کرمان، گردنه نعل شکن (جاده قم - تهرا ن)، کوه هـای جنـوبی تهران و اطراف حوض سلطان شناسایی شده اند که مساعدترین نواحی بـرای اسـتخراج در جنـوب دماونـد، اطراف ورامـین و سـمنان قـراردارد.

زئولیت ها در جنـوب کـوه طلحـه در 140 کیلـومتری شـرق ورامـین بـه همـراه کانسار استرانسیم شناسائی شدند و زئولیتهای رسوبی این منطقه متجاوز از 15 الی 20 متـر ضـخامت دارد و رنگ این رو سوبات سفید تا سفید مایل به شیری می باشد، زئولیت های این لایه رسوبی با عیار بیش از 50% Stibit است که در سیستم منوکلینیک منتشر شده اند.

همچنین بلورهای ان به شکل الیافی سوزنی به ابعاد میلیمتری می باشد و در این رسوبات کلینوپتولیت که این هم در سیـستم منوکلینیـک متبلـور تـشخیص داده شده است، کانی های دیگر کالیست و ژیبس میباشد. 

معدن بعدی در کانسارهای شرق سمنان در 71-18 کیلومتری جنوب سمنان و در نزدیکی معدن گوگرد واقع است . ماده معدنی زئولیت مانند دیگر معادن ایران در سنگهای رسوبی آتشفشانی (ائومن) تشکیل شده است.

ضخامت این کانسار 20 متر بوده که به رنگهای سبز نارنجی و شیری و قرمز در سـطح وسـیعی پوشـانده شـده اسـت. در این رسوبات بیشتر کلینوپتولیت و همچنین کانی های دیگر کوارتز سولفات سدیم و نمک طعـام وجود دارد، همچنـین در معدن بنتونیت سر کویر سمنان بالغ بر 20% زئولیت وجود دارد. 

کانسار گردنه نعل شکن در جنوب تهران نیز، زئولیت ها در داخل حفره های سنگ های آذریـن تـشکیل شـده انـد ، رشد بلورهای زئولیت در این ناحیه در حد سانتیمتر بوده و بیشتر از نوع ناترولیت هستند. در ناحیه چـالوس نیز از زئولیت Philliposite دیده شده است. 

از مطالب بالا به این نتیجه میرسیم که معادن زئولیتی ایران برای مـدت مدیـدی قابـل بهـره بـرداری هستند و باید امر اکتشاف وپی چوئی آنها را بطور جدی تر  پیگیری کرد. 

✳️ با زئولیت های سنتزی (مصنوعی) آشنا شویم !

زئولیت های سنتزی، مواد شیمیایی ویژه ای با خلوص بالا هستند کـه دامنـه وسـعی دارنـد کـه بـستگی بـه ساختمان واحد سلولی و اندازه حفره ها و کانالها دارد.

غالب زئولیت های مصنوعی از نظر ترمودینامیکی در شرایط سنتزی خود ، محصولات کم ثباتی هستند بنابراین آنها را نه تنها تحت شرایط کاملاً کنترل شده دما، فشار و زمان تهیه میکنند بلکه از مواد شرکت کننـده در محیط فیزیکی خاص واکنش و خصوصاٌ  شرایط کنترل سطح هموژنیزاسیون و شـرایط تـشکیل هـسته هـای اولیه استفاده می کنند.   

بعنوان مثال ، به هم خوردن و یا Mixing در خلال کریستالیزاسیون میتواند نسبت افزایش بهبود برخـورد میان هسته های اولیه جسم مطلوب (محصول) بطور زئولیت گشته و یا سبب کریستالیزاسیون نامطلوب در فاز ناخالص گردد. 

نمونه هایی از زئولیت های سنتزی هستند که مشتمل بر زئولیت هـای A و x و y مـیباشـد ، عـلاوه بـر ایـن زئولیت های سنتزی با مقدار سیلیکای زیاد چون 5-ZMS نیز شناخته و سنتز شـده انـد.

زئولیت های A و x  وy از هشت وجهی های ناقص تشکیل میشوند این واحدهای چند وچهـی در فـضای 3 بعدی و توسط حلقه هائی تا 4 یا 6 عضو به یکدیگر متصلند کـه حلقـه هـای 6 عـضوی تـشکیل سـاختمان زئولیتی 5 و حلقه های 6 عضوی تشکیل زئولیتهای x  و y و faujasite می نماید. 

---

✔️ کاربردهای زئولیت کدامند !

---

در ابتدا این نوع کانی ها بعنوان کاتالیست، در منابع نفت و پتروشیمی نظیر اربونیت، موردبنیت، برای بازیـابی و جذب آمونیاک از فاضلابها ، نظیر کلینوبتیولیت و با خالص کردن گازهای طبی ای نظیر شابازیت و در بـدام انداختن زباله های رادیو اکتیو نظیر کلین وبتیولیت بکار برده شدند.

بعدها با سنتز زئولیت بر کاربرد انها افزوده شد و آن ها علاوه بر استفاده در تخلیص بعنوان کاتالیست و جاذب و همچنین در صـنایع کـشاورزی آبیـاری و حتی در مواد افزودنی به خوارک دام نیز مورد استفاده قرار گرفتنـد. امـا مهمتـرین اسـتفاده آنهـا در منـابع شیمیائی در پروسس های جذب بوده است.

✳️ کاربرد زئولیت A : 

زئولیت A در صنایع مختلف بعنوان جاذب کاتالیست و تبادل یونی و غیره در دهه گذشته بکار رفتـه اسـت که بعضی از آنها را در زیر آورده شده است : 

• جذب برای پارافینها در دی هیدروسیکلاسیون نفت برای ساخت هیدورکربور با اکتان بالا
• برای جذب گازهای قطعی
• بعنوان منبعی از یونهای فلزات قلیایی
• در منابع کاغذ سازی
• در کربوکس پلیمرها بعنوان برکننده
• برای ساخت فیلترها
• در جذب اکسیژن
• در تولید مواد شیمیایی (عکاسی)
• رفع فلزات قلیائی و خاکی
• بعنوان ضد بلوکه شدن در پلی کربنات ها
• در تعیین استرانسیوم 90 و سزیم 137
• برای رفع ترکیبات فسفری از دی کلروسلان
• برای جداسازی                              
• بعنوان جاذب آب تلرای پمپهای حرارتی
• درساخت یخچالهای خورشیدی
• جاذب پودر یخچال ها
• برای رفع سولفید هیدروژن از گاز طبیعی
• در جداسازی اولفین از زنجیره های شاخه ای سیکلو هیدروکربن ها
• برای جداسازی فروکتوز ازگلوکز
• جذب گازهای اسیدی در گاز طبیعی
• جذب هیدروژن و منوکسید کربن از متانول
• جاذب زغال سنگ
• کاتالیست واحد گراکینگ
• در رفع اتیلن در استیلن
• در پروسس porex برای بازیافت  
• آلکانها از سوخت دیزل از پراکسید بنزیل
• برای رفع منومر وینیل از هوا
• در تهیه گازها خنثی از هوا
• برای رفع دی اکسید کربن در تهیه گازهای خنثی از گازهای احتراق
• برای خشک کردن گازها
• در رفع هیدروکربن ها در خالص سازی گاز نیتروژن
• درساخت بعضی صابون ها
• برای رفع کبالت از آب دریا
• برای دانه بندی پلیمرها
• حمل کننده نمکهای فلزی
• درخت ها
• در گاز کرومانوگرافی
• جذب ایزوتوپهای هیدروژن
• جاذب
• مبدل کاتیونی کلسیم.
• فعال کننده جذب سطحی گازهای آلوده
• برای ذخیره هیدروژن و منوکسید کربن
• دردترجنت، نمک های استرحرب و سوزفکتانت غیر بومی

✳️ آیا زئولیت کالای جایگزینی دارد !

با توجه به آنکه بیش از 85 درصد مصرف زئولیت در تولید پودرهای شوینده میباشد و سایر مصارف آن نیز از تنوع چشمگیری برخوردار است، زئولیت به عنوان یک ماده ی اولیه مصرفی در فرآیندهای تولید پودرهای شوینده جایگزینی ندارد.

---

✔️ ماشین آلات و تجهیزات و تاسیسات کارخانه تولید زئولیت مصنوعی با ظرفیت 30000 تن در سال

---

✳️ ماشین آلات و تجهیزات تولید زئولیت مصنوعی به قرار زیر میباشد :

• بستر محافظ : 1 عدد
• بستر غربال مولکولی : 4 عدد
• کندانسور : 4 دستگاه
• مخازن تغلیظ : 4 دستگاه
• خشک کن : 3 عدد
• مبدل : 4 عدد
• سیستم های الکتریکی و ابزار دقیق : --
• فیلتریت : 2 عدد
• مخازن همزن دار : 4 عدد
• پمپ (در انواع مختلف) : 12 عدد
• خرد کننده : 2 دستگاه
• کرمکن خوراک : 1 عدد

✳️ تاسیسات مورد نیاز این کارخانه تولید زئولیت مصنوعی به قرار زیر میباشند :

• حق انشعاب آب، برق و گاز و مخابرات
• تجهیزات تصفیه آب
• تجهیزات آب خنک کن، تجهیزات برج خنک کن و لوله کشی
• تجهیزات دیگ های بخار با فشار 18 اتمسفری
• مخازن و تانک های ذخیره مورد نیاز در این بخش
• تجهیزات تصفیه فاضلاب
• تاسیسات برقی انتقال برق فشار قوی و روشنایی
• شبکه برقی صنعتی، مخابرات آتش نشانی و روشنایی
• تاسیسات گرمایش و سرمایش ساختمان ها
• امتیاز حفر چاه عمیق
• پمپ چاه عمیق
• حفر چاه

✳️ میزان آب و سوخت و برق مصرفی سالانه کارخانه تولید زئولیت مصنوعی با ظرفیت 30000 تن در سال

سوخت و برق مصرفی این کارخانه به قرار زیر می باشد :

• برق مصرفی : 880 کیلووات
• گاز مصرفی : 110 مترمکعب

✳️ نیروی انسانی و مواد اولیه مورد نیاز جهت بهره برداری از کارخانه تولید زئولیت مصنوعی با ظرفیت 30000 تن در سال

تعداد نیروی انسانی مورد نیاز به قرار زیر میباشد :

• مدیر کارخانه : 1 نفر
• مهندسین شیفت : 4 نفر
• مدیر فنی : 1 نفر 
• تکنسین آزمایشگاه : 5 نفر
• انباردار : 1 نفر 
• کارگر ساده : 8 نفر
• نگهبان : 5 نفر
• پرسنل تعمیراتی : 5 نفر
• پرسنل تأسیسات و نیروگاه : 5 نفر 
• مدیرعامل : 1 نفر 
• کارمند مالی و اداری : 4 نفر
• راننده : 1 نفر

✳️ مواد اولیه مصرفی در تولید زئولیت مصنوعی با ظرفیت 30000 تن در سال :

• سیلیکات سدیم : 30000 تن

---

✔️ فرایند تولید زئولیت مصنوعی با ظرفیت 30000 تن

---

گذشته از مطالعاتی که بصورت Pantent هستند چندین پروسس ساخت غربال ملکـولی زئولیتی تجـارتی نیز منتشر شده اند .

پروسس هایی که برای ساخت بکار برده شده اند به سه گروه تقسیم  میشوند. 

• ساخت زئولیت غربال ملکول با درجه خلوص بالا بـصورت پـودر کریـستالی یـا بـصورت گلولـه ای از ژل آلومینا سیلیکات یا هیدروژل ها .
• تبدیل خاک های رس معدنی به خصوص کائولن، زئولیت به فرم پودر یا گلوله هایی با خلوص بالا.
• پروسس دیگر بر اساس بکار بردن مواد خام طبیعی میباشد.

✳️ پروسس هیدروژل Hydroyel Process

زئولیت ها از آلومینیو سیلیکات های هیدراته میباشند که تحت شرایط محیط هیدروترمال سـاخته مـیشـوند سیستم هیدروترمال در وسعت زیاد به کار برده میشود و کریـستالیزاسیون انـواع زئولیت در سیـستم هـای آبکی به اجزاء شیمیایی محیط بستگی دارد.

تحقیقات در سیلیکات های زئولیتی تحت شـرایط بـا آزمایـشات Schafhautle شروع شد در سال 1845 با حرارت دادن کوارتزدیک "ژل" سـیلیکا بـا آب دراتـوکلاو نیـز زئولیت تهیه شد در سال 1862 توسط St. chaire Deville در مورد سنتز Levynite از طریق حـرارت دادن محلول های آبی سیلیکات پتاسیم و آلومینیات سدیم در لوله آزمایش در 170 گزارش شده است.

سنتز analcine توسط Schulten در سال 1882 گزارش شد علاوه بر آن سنتز چندین زئولیت در سال 1974 موفقیت آمیز گزارش شده است.

در دهه 80 زمین شناسان و کانی شناسان علاقه مند بـه تولیـد زئولیت هـای معـدنی در آزمایـشگاه بوسـیله فرآیندهای طبیعی شدند. علاوه بر این کاوشگران نیز علاقمند به بررسی جزئیات تشکیل کانی ها هستند کـه اغلب مربوط به فرآیند ژئولوژیکی است. 

تحقیقات اولیه روی روش هیدروترمال منحصراً در C °200 و در فشار زیـاد بـود و مخلـوط هـای واکـنش از اجزاء مختلف متناسب با غلظت محصول تشکیل شده است. مخلوط ها یک پریود زمانی را در فـشار و درجـه حرارت ثابت در حضور مقادیر زیاد آب دارا میباشد و آب معمولاً  به عنوان واکنش کننده محسوب نمی شود  .

نتایج تجربی سنتز کانی ها از سیستم های ترکیبی از سیستم های چند ترکیبی بـصورت دیـاگرام هـای فـازی تعادلی بیان می شوند. نوع زئولیت تشکیل شده با فاکتور ترکیب درصـد و فـاکتور محیطـی از قبیـل درجـه حرارت و فشار می باشد و بیشتر زئولیت ها در شرایط تعادلی تشکیل نمی شوند.

بعنوان مثال: در سیستم چهار جزئـــی  از Na₂o−AL₂o₃ −Sio−_H2o2 در C 1000° اتمـــسفر و در درجـــه حـــرارت بـــینC 700° - C290° moderate mont،nepheline hydrate Natrolite hydroxycancrinite, ، albite ، hydroxysodalite ،  Morillonite،analcime  تشکیل  میشوند در همین سیستم ترکیب شیمیایی انواع زئولیت ها در فازهای پایدار در درجه حرارت پایین تر از C°200 در سیـستم بـسته تـشکیل مـیشـود.

ماهیت مواد شروع کننده، عامل هسته ای شدن و زمان واکنش در تولید انواع زئولیت ها در مخلوط واکنش ها در درجه حرارت پایین تعیین کننده است. 

سنتز در درجه حرارت های پایین به شرح زیر می باشد : 

در دهه 80 سنتز زئولیت ها توسط R.M.Milton و همکارش در شرکت Union carbide آغـاز شـد بـر اساس سازندگان واکنش در سیستم های بسته و دماهای بکار برده شده برای کریـستالیزاسیون سـنتز انـواع ترکیبات آلی انجام شد. سنتز بیشتر زئولیت ها در محدوده دمای آزمایشگاهی تا نقطه جـوش آب مـیباشـد.

داده های تجربی این ترکیبـات بـه درجـه حـرارت و نـوع و اکـنش و دیگـر فاکتورهـای سـنتز ارتبـاط دارد. بررسی های اخیر برای سنتز زئولیت ها بر اساس ایده هائی است کـه مربـوط بـه تـشکیل زئولیت طبیعـی در سنگ های آتشفشانی میباشد که احتمال تشکیل این زئولیت ها در این صخره ها بیشتر است.

اطلاعات جدید در مورد تشکیل زئولیت های معدنی  به شکل رسوبات در دماهای پایین و تشکیل رسوبات معـدنی در اعمـاق اقیانوس در ساخت آزمایشگاهی زئولیت بکار می رود  .

کریستالیزاسیون زئولیت ها توسط Goldsmith مورد مطالعه قرار گرفته است. در آلومینیوسیلکات هـا، یـون آلومینیوم با عدد کوردینانس 4 یا 6 در ساختمان سیلکونی قرار دارد که بیشتر دراین مواد 4 ظرفیتی است و در این سیستم ها هسته در فاز پایدار بتدریج شروع به رشد می نماید تا به اندازه بحرانی برسند.

کوچکترین واحد ساختمانی زئولیتها دارای 4 یا 6 حلقه هستند بیشتر واحد های کمپلکس دو حلقه 4 تائی یا دو حلقه 6 و یا 5 تائی با چهاروجهی بدون راس دارند.   

پایداری زئولیت Zeolite Metastabilitv :

از نظر زمین شناسان، مواد معدنی ای که در زمان طولانی به زئولیت تبدیل میشوند با سـنتز در آزمایـشگاه، اختلافاتی وجود دارد که بستگی به ساختمان و ناخالصی های محـل تـشکیل آن دارد و همچنـین تجربیـات نشان می دهد که واکنش تبدیل مواد به زئولیت، در حقیقت به تعادل نمـیرسـد و بـسیاری از زئولیت هـای مصنوعی ساخته شده ارتباط ساختمانی با نوع معدنی ندارند.

وابستگی سینتیک بیشتر زئولیت های معدنی و آلومینیو سیلیکا تها مشخص نیست اگر چه تا کنون 100 سینتیک زئولیتی گزارش شده است.

در محیط آبی پیوند های هیدروکسیل نقش مهمی را بازی میکننـد و هیدروکـسیل مـیتوانـد بـا آلـومینیم طوری واکنش داشته باشد که رس معدنی در دمای کم کریستالیزه شود.

کریستالیزاسیون سیلیکات ها از ژل های راکتیو (مجدداً فعال شده) یا شیشه ها میتواند در ارتبـاط بـا انـرژی آزاد باشد در شروع واکنش مخلوط بصورت فاز a میباشد که در طول زمان به b یا c تبدیل می شود. ناحیه ای از درجه حرارت a به b تبدیل میشوند از نظر سرعت رشد دارای اهمیت خاصی می باشد.

دیاگرام های واکنش Reaction Dragram :

دیاگرام های تعادلی به شناسایی سنتز مواد معدنی و نحوه تشکیل آن ها کمک می کنند ولی اغلب کانی ها مثـل زئولیت ها در فازهای غیر تعادلی وجود دارند و سیمیت ها علاقمند به تبدیل آلومینیوسـیلیکات ها بـه زئولیت میباشند که در این مورد نتایج مهمی بدست آورده اند.

دیاگرام های خیلی مفیدی در ارتباط با ترکیب درصد زئولیت و واکنش ها در مخلوط ها بدست آمده است 

بعضی از حالات عمومی برای سنتز عبارتند از: 

• مواد فعال شده و شروع کننده بطوری که ژل رسوب می کند .
• PH زیاد که بستگی به مقدار هیدروکسید فلزات قلیائی یا بازهای دیگر دارد.
• درجه حرارت هیدروترمال با جریان فشار بخار اشباع با فشار اتمسفری
• درجه زیاد فوق اشباع ، باعث تبدیل ترکیبات ژلی در اثر هست های شدن به تعداد زیـادی از کریـستال هـا میشود.

یک ژل از ماده کلوئیدی، آلومینیوسیلیکات های مجدداً فعال شده reactive)) بطـور مثـال از متاکـائولن و شیشه ها تشکیل می شود. ژل های آمورف سیلیکاتی بصورت مواد کل وئیـدی اسـت کـه ترکیبـات سـاختمانی چسبنده دارند 

در یک سیستم بسته هیدروترمال از درجه حرارت محیط تا C 175° ژل کریستاله می شود در بعضی حالات این مورد در درجه حرارت زیاد در حدود C°300 با فشار خـود را کـه تقریبـاً برابـر فـشار بخـار اشـباع آب (SVP) است طراحی میشود زمان لازم برای کریستالیزاسیون از چند ساعت تا چند روز ممکن است بطـول بیانجامد. 

ژل های سیلیکات آلومینیوم شفاف بطور مستقیم به ژل رسوبی خنثی و بعداً بـه مخلـوط غیـر همـوژن یـک جامد آموروف تبدیل می شود. فلزات قلیائی بصورت هیدروکسید های حل شونده آلومینات ها، سیلیکات ها تبدیل میشوند. 

تشکیل کریستال های زئولیتی در ژل به فعال شدن مجدد ژل، غلظت هیدروکسید قلیائی و سطح زیاد که ناشی از اندازه ذرات در فاز غلیظ شده جامد  میباشد، بستگی دارد. ژل تولید شده از کوپلیمریزاسیون سیلیکات و آلومینات بدست می آید  .

اولین پروسس تجارتی برای تهیه زئولی تها در اشل بزرگ بر اساس نتایج آزمایشگاهی با استفاده از هیدروژل amorphous بوده است.

مواد اولیه دیگر سـیلیکات سـدیم و آلومینـات سـدیم و هیدروکـسید سـدیم در محلول آبی میباشد. 

• پروسس هایی که از ژلهای هموژن هیدروژلی تهیه شده از محلول های مواد واکنش دهنده قابل استفاده شده است. 
• پروسس های که اساسا با استفاده از ژل های ناهمگون که از آلومینا و یا سیلیکات بـه فـرم جامـد، بـرای مثال پودر جامد سیلیکات amorphous تهیه شده است.
• پروسـس هـای ژل پـیش سـاختهGel- Preform processes)) از ژل آمونیوسـیلیکات (بـصورت گلوله ای) با محلول آلومینات سدیم و محلول سود سوز آور واکنش داده و زئولیت کریستال شده را به شـکل گلوله ای می سازند.

کریستال های زئولیت در ترکیب شبکه (Matry) آمورف هستند و این شبکه آمـورفی پایـدار بـوده و بـرای کاتالیست کراکینگ استفاده  میکنند.

فلوشیت پروسس (شکل 1) در هر مرحله و مواد اولیه مورد استفاده آن را نشان می دهد موازنه مواد و ترکیـب شیمیایی بصورت نسبت های مولی اکسیدها در واکنش هیدروژل برای تولید زئولیت شـرکت مـی کننـد.

مـواد اولیه در تانک با نسبت های مناسب مخلوط مـی شـوند و در مرحلـه کریـستالیزاسیون بـه یـک جـدا کننـده کریستال نیاز داریم و بعد از یک مرحله همزدن به درجه حرارت محیط میرسـد و همـزدن بـرای بعـضی از زئولیت های خاص در خلوص بالا لازم است اگر چه پروسس ها ظاهراً در تجهیزات و در مرحله تهیه ساده انـد

ولی چنانچه قبلاً گفته شـده پایـداری زئولیت در تـشکیل انـواع سیـستم هـا مـؤثر اسـت و مـسائل زیـادی بصورت های زیر در اشل بزرگتر پیش می آید  .

الف ) هموژن کردن و مخلوط کردن مواد در میزان زیاد .

ب ) انتقال حرارت که باعث هسته ای شدن و رشد نامطلوب فازهای زئولیت می شود. معمـولاً درجـه حـرارت کریستالیزاسیون نزدیک نقطه جوش آب می باشد در بعضی نمونه ها که بطور سـنتزی بوجـود مـی آیـد مثـل mordenite در درجه حرارت بالا تولید  میشود .

تکنیک های پیشرفته در آزمایشگاه برای پروسس های کریستالیزاسیون در کارخانه ها در ذیل شرح داده شده است :

ترکیب درصد و نوع زئولیت در نمونه ها در زمان های معین با استفاده از دیفراکسیون اشعه X انجام می گیرد و کیفیت با خلوص ساخت زئولیت باید ثابت باشـد. همانطوری کـه در شـکل 3 نـشان داده شـده اسـت روش مطلوب برای تهیه زئولیت A را دیده می شود.

ابتدا هیدروکسید آلومینیم و سود به نسبتی معـین در درجـه حرارت معمولی مخلوط شده و آلومینات سدیم می دهد سـپس بـه نـسبت کمتـر از مقـدار اسـتویکتومتری سیلیکات به سدیم به آن اضافه می شود و به کمک همزدن مخلوط هموژن شده و به تدریج بقیـه سـیلیکات تا مقدار استویکتومتری اضافه می شود واکنش نسبتاً سریع بـوده و در درجـه حـرارت بـین 20-170 انجـام می شود .

ژل حاصله را مدتی بی حرکت می گذارند (Aging  ) تا کریستال های زئولیت تشکیل شود و در درجه C °70 زمان 6 ساعت و درC 90° حدود 2 ساعت می باشد سپس کریستال ها با افـزودن آب  80° C فیلتـرشده و کیک به دست آمده را شستشو می دهیم سپس توسط اسپری درایر خشک می کنـیم.

واکـنش عمـل بصورت زیر میباشد:

در حال حاضر شرکت های هنکل و گلوسا در آلمان غر بی و پی کیو کوریس در آمریکا و تولید بیلدر در ژاپن زئولیت مورد نیاز کارخانه ةای دترجنت سازی را با این روش تأمین می کنند محصول byprocut ایـن روش هیدروکسید سدیم است که مجدداً بازیابی و پس از تغلیظ مورد استفاده قرار میگیرد. 

همگون بودن ژل در ایجاد هسته و نطفه های کریستال ها دارای اهمیت است و اضافه کردن پشت سر هم نیز روی ساختمان ژل حاصله تأثیر میگذارد و در نتیجه بر سرعت فعل و انفعال تبلور و حتی ماهیـت محـصول نهایی، نه تنها از نظر اندازه، شکل بلورها، بلکه ماهیت و میزان ناخالصی ها هـم تـأثیر مـیگـذارد و یـا حتـی محصول دیگری تشکیل می شود.

هم اکنون راکتورهایی با ظرفیت 10000 گالن (388 متر مکعـب) بـصورت کــی اتــوکلاو آب بنــدی شــده تحــت فــشار مــورد اســتفاده قــرار مــیگیرنــد. رانــدمان عمــل در حــدود kg /m3)110/gal  120 است.

فرآیند سنتز زئولیت در فشار و درجه حرارت های زیر انجام می گیرد :

• 90-100°Cو یک اتمسفر و 10PH>
• 80-140 °C، فشار خودزای بخـار آب (فـشار 5 تـا 10 اتمـسفر)Outgenous Water Pressure  و PH>10
• 100-180° C و فشار خودزای آب + آمین و 10PH>

غربال های ملکولی با فسفات فلزی تحت شرایط 2 در دامنه PH بین 6-3 ساخته می شوند. در خاتمه واکنش برای محصول دلخواه لازم است بلافاصله واکنش را متوقـف سـازیم تـا از پیـشرفت تبلـورتشکیل فاز پایدار جلوگیری بعمل آید این عمل در پایین 50 و یا رقیق کردن صورت میگیرد علاوه بر پایین بودن درجه حرارت قابلیت فعل و انفعال محلول ها را نیز کاهش می دهد و یا از جدا کردن ناگهانی محلول ها در توسط عمل فیلتراسیون و یا عمل سانتریفوژ میسر می گردد.

فیلتراسیون (عموماً مداوم با درام drum نوع دوا رویا فیلترپرس) شستشو با آب جهت آب جهت کردن اجسام واکنش دهند ه مازاد و خشک کردن جهـت زدودن رطوبت از محصول نهائی انجام می گیرد.

محصول مادر که محتـوی سـیلیس و قلیـای اضـافی اسـت (معمولاً آلومینیا کاملاً به محصول تبدیل می شود) ابتدا با اسید خنثی شده و برای جدا کردن رسوب سیلیکا قبل از عمل تخلیه، محلول نمک رقیق توسط فیلتر جدا میشوند.

بازگشت مستقیم محلول مادر واکنش نداده جهت بازیابی سیلیکای آن و خصوصاً ماده قلیایی محلول، غالبـاً منتج به نطفه بندی نامطلوب ناخالصی ها می شود. اما ارزش قلیایی زیاد محلول ما در آن را برای منـابعی کـه پساب های اسیدی دارند مفید میسازد. 

استفاده وسیع و موفقیت آمیز آمین ها و ترکیبات الکیل آمونیوم در سنتز زئولیت در امر تولید تجاری زئولیت اثر فزاینده ای داشته است. در طی سنتز زئولیت بـا ایـن کمـک کننـده هـا (templates) محـصولات قابـل تجزیه ای چون الفین ها و آمین ها می توانند در فاز بخار جمع شوند و یا به صورت لایه های روغنـی شـناور در محلول آبی و در مرحله کریستالیزاسیون از زئولیت جـدا شـوند کـه سـبب افـزایش فـشار اتـوژن ( خـودزا = autogenous ) می شوند.

حضور مواد  باقیمانده از خانواده این ترکیبات آلی در پاب خروجی را در پی دارد. زیرا کمک دهنده ها  (templates)می توانند درون حفره های زئولیت محبـوس شـوند لـذا بایـستی قبـل ازاستفاده از آنها به عنوان جاذب و کاتالیست از آن جدا گردند، این امر جدا کردن در معرض هوا و یا اکـسیژن ودر دمائی مابین C °600-400 جهت تجزیه و متلاشی کردن کمک دهنده ها (template) و سـوزاندن هـر نوع کربن بجا مانده صورت میگیرد.

آمیختگی کاتالیتکی کمـک دهنـد ههـا و سـوختن آن تولیـد مخلـوطی پیچیده از محصولات تجزیه شده میکند که ایجاد تهویه و برطرف کردن ترکیبات آلـی کمـپلکس در حـین مرحله کریستالیزاسیون و کلیسناسیون از موارد مهم علم toxcologgical ( علم سموم شناسـی) و رعایـت امر آلودگی در کنترل پروسس میباشد. 

پروسس های تبدیل رسی Clay conversion processes

اولین مقاله در این مورد در سال 1940-1935 توسط Nagai ارائه شد که نتیجه آن واکنش هیـدروترمال مواد رسی با هیدروکیسد قلیایی است. در حدود 37 نوع مختلف زئولیت، از رس های کلسینه شده، با محلول هیدروکسید سدیم یا پتاسیم در مدت یک الی 5 ساعت در فشار اتمسفر یک الی ²  kg.Cm200 به دست می آیند. 

نخست مواد رسی پودر شده و سپس در اتوکلاو بخار، حرارت داده می شود در این موقع مواد رس خام را دردامنــه 500 الــی 1260 کلــسینه مـیشــود Nagai ســپس رس کلــسینه شــده ر ا در واکــنش بــا koH , NH2oH , NaoH شـــــرکت داده و فرمـــــول محـــــصول تولیـــــد شـــــده را بـــــصورت ₂M₂o.Al₂p₃ .msio₂ −nH ذکر کرد که 45−1=m = 2−2 . n  و kM یا Na است.

این ها محـصولاتی بصورت ترکیباتی از سیلیکات زئولیتیک، ترکیبات زئولیتیک و محصولات زئولیتیک به فـرم هیـدرات نفلـین، آلومینیوسیلیکات قلیایی، آلومینیوسیلیکات قلیایی هیدراته، کائولن قلیایی، هیدرات نفلین مصنوعی و یا مواد فلدسـپاتیک مـصنوعی از گـروه هـای زئولیت مـیباشـند.

Nagai نتوانـست از اطلاعـات X-ray، واکـنش محصولات و فرمولاسیون مواد کریستالی رسی با ترکیبات شیمیایی در مخلوط واکنش مثلاً بـا محـصول بـا غلظت زیاد NaoH که به زئولیت تبدیل می شود،  نتیجه ای بگیرد. 

حالت های کائولن  Kaolin Transitions :

از انواع رس ها که در ساخت غربال ملکولی زئولیتی به مقدار زیاد به کار میرود کائولن است. درC 550° بـا واکنش  دی هیدراسیون اند و ترمیک به متاکائولن تبـدیل مـی شـود. متاکـائولن سـپس در حـدود C 925°، آلومینیوم سیلیکون اسپینل (spinel) ناقص را بوجود می آورد که در این حالت پایدار مـیمانـد. کـائولن در درجه حرارت های زیر کلسینه می شود  .

• کائولن کلسینه شده در C 550° که تبدیل به متاکائولن می شود .
• کائولن کلسینه شده در925° C

در واکنش فوق، وزن از دست رفته محاسبه شده از تئوری 95/13% است. محصول آلومینیوسیلیکات بدست آمده دارای سمت استکیومتری صحیحی از SiO₂ و Al₂O₃ بـرای تولیـد زئولیت A اسـت. واکـنش تبـدیل کائولن به متاکائولن نسبت به اشعه X آمورف است اما ساختمان منظمی دارد و در C °800 دانـسیته آن 52/1% کمتر از کائولن است زیرا فضای لایه های داخلی آن از  7/15 A به  6/3 A کاهش  مییابد. 

بالا رفتن درجه حرارت از C ° 925 در کلسینانسیون باعث ناپایداری متاکائولن و تبدیل به آلومینیم سیلکون ( (Spinel ) می شود .

> Si₃Al₄O₁₂ + Sio₂ == (⁰ C950-925) Al₂Sio₂O₇ 2

Metakaolin Spinel

فاز Spinel مکعبی و تا درجه حرارت C °925-1072 مقاوم است و مطابق معادله 2 تولید یک مـول Si₂O اضافی میکند که در درجه حرارت بالا بین C ° 1050 -11000فاز Spinel به mullite در طی واکنش زیر انجام  میگیرد. 

3si₃ al₂ol₃ (1050 ⁰C)==>2si₂al₂o1₃+ssi₂o

Spinel mullite Cristobalite               

در بعضی آرایش لایه های هگزا گونال حفظ شده و فاز  -Al₂O₃2 تبدیل بـه 3Al₂o₃ . 2Sioz , mullite3 و یا ° sillimanite در (1050°C) می شود و دیواره واحدهای چهار وجهی ₄Alo از لایـه های هـشت وجهـی درست می شود. در درجه حرارت بالاتر نیز طبق معادله زیر mullite میتواند مستقیماً از کائولن بدست آید. 

6Al₂ . sio₅ (oH)₄ <==2Si₂ Al₆o₁₃ +8Sio₂ +12H

✳️ سنتز زئولیت ها از کائولن

پروسس استفاده از گرو ه کائولن معدنی Al₂o₃ , 2Sio₂ , 2H₂O اهمیت بیشتری از بقیـه رس ها دارد. ابتـدا کائولن از طریق اعمال حرارتی (کلـسیناسیون) در درجـه حـرارت حـدود C ° 600-500 بـه مـاده آمـورف، متاکائولن تبدیل شده و سپس با محلول هیدروکسید قلیایی فلزی آبی در حدود  C° 100 واکنش مـیدهـد.

زئولیت بدست آمده، بستگی به مقدار ترکیبات مخلوط و نوع آنها دارد برای مثال بـرای تهیـه زئولیت فقـط هیدروکسید سدیم اضافه می شود  .

زئولیت :

در ساخت زئولیت A فقط سود بکار می رود تا با کائولن کلسینه شده و همراه آب در تانـک تولیـد ژل کنـد مرحله بعدی، همزدن محیط واکـنش و بعـد مرحلـه کریـستالیزاسیون کـائولن کلـسینه شـده بـرای تولیـد زئولیت های A و X و Y است. پودر کردن کامل رس خلوص زئولیت بدست آمده را زیادتر می کند.

در عمـل کریستالیزاسیون برای تولید زئولیت نوع X و یا نوع Y، به سیلیکای اضافی (افزایش نسبت ₂Sio بـه Al₂O₃ ) نیاز است. سپس نوع زئولیت بدست آمده علاوه بر مقدار سیلیکای موجود در محلول به نمک های غیر آلی در محلول نظیر Nacl بستگی دارد.

متاکائولن در محلولی که سیلیکای زیادی داشته باشـد بـصورت سـیلیکات سدیم و دو مول Nacl با یک مول آلومینیا تولید زئولیت می کند .

 شکل 2 که در بالاتر ارائه شد پروسس رسی برای تولید زئولیت نوع 4A  میباشد.

در بعضی از واکنش ها که نسبتO_{3 2}sio₂ / Al بزرگتر از 1 باشد زئولیت X تولید می شود. مخلوط حاصـل از واکنش ترکیبی از 4Na₂O , Al₂O₅ , SiO₂ , 160 H₂O  میباشد.

در اینجا چند روش مختلف تهیه زئولیت 4A را بیان می کنیم : 

ذرات زئولیت 4A  از کائولین فعالی شده ( 550-585° C) در محلول NaoH با نسبت مول زیـر تـشکیل میگردد : 

• Na₂O   SiO₂    =  1,2 – 1,4
• SiO₂  Al₂O₃  = 1,75 – 2,00
• H₂O   Na₂O  =  3,0  - 100

مخلوط با نسبت مولی بالا درC ° 40-55 مخلوط کرده و در مدت 4 -3 ساعت به دمای C °80-90 رسـانده بعداً در محلول با 12  – 0   PH =  شسته و در C °150 آن را خشک  میکنیم. 

برای تهیه ذرات زئولیت A4 از کائولینیت کلسینه شده (کائولن در C °700 برای hrs 2 کلسینه مـی شـود) 100 گرم کائولینیت کسینه شده (متاکائولن) بـا 104 گـرم NaOH و 910 گـرم آب بـرای 18 سـاعت در C °45 قرار می دهیم و سپس فیلتـر کـرده و بـا آب شستـشو مـی دهـیم و درC °100 خـشک مـی کنـیم کریستال های بدست آمده در حدود 1 میکرون خواهند بود. 

 برای تهیه زئولیتA  4 ابتدا کائولن در کوره ای در درجه حرارت C  ° 700 عبور داده می شود و بعد داخل محلول آبی 16% وزنی NaoH در C  ° 40-80 شده، سوسپانسیون حاصله بـه مـدت 2 سـاعت در C °90 -100 قرار می گیرد و سپس فیلتر می شود. (D.Roeot) 

در سوسپانسیون متاکائولن و NaoH با نسبت مولی زیر: 

• SiO₂ Al₂O₃    = 1,9 -  2,25
• Na₂O Al₂O₃  = 4,6 – 12,2
• H₂O Na₂O    =  20 - 50

در C °85-90 به مدت 5-1 ساعت حرارت داده می شـود و سـپس ب ایـستی خـشک کـرد چونکـه پایـداری محصول (زئولیت) در مایع ما در چند ساعت است. 

روش عمل به شرح زیر می باشد : 

150 گـرم متاکـائولن (7/43) و ₃SiO₂ (52/45) Al₂O و 150 گـرم در لیتـر NaoH در درجـه حـرارت C° 90-85  قرار می دهد بعد از خشک کردن 230 گرم زئولیت A4 بـا رانـدمان 95% تولی ـد مـی شـود (بـا استفاده از آنالیز X-ray به دست آمده است.) 

مرفولوژی تبدیل متاکائولن به زئولیت با میکروسکوپ الکترونی SEM) )  بررسـی مـی شـود. تبـدیل کـائولن کلسینه شده با محلول NaoH (10% وزنی در C °100 نیز مطالعه شده، بطوریکه نمونه ها هـر بـار در یـک پریود زمانی مشخص بوسیله SEM فتوگراف شدند.

اندازه  دانه ها 7 میکرون بوده و بعد از یک ساعت مخلوط کریستالیزه شده و تولید مکعب هایی به اندازه 5/0 الی 0/3 میکـرون کـرد کـه وقتـی بوسـیله دیفراکـسیون پودری اشعه X آنالیز شده تولید 55% زئولیت نمود که از 4 ساعت تغییر زیادی در اندازه ذرات پدید نیامد. 

در تهیه زئولیت A همواره مقداری زئولیت های دیگر به دلیل سیلیکای اضافی تولید زئولیت  y  و   x   و یـا در سود اضافی تولید زئولیت p و بعد زئولیت p به سودالیت هیدراته تبدیل  میشود پس نسبت مولی مخلوط بایستی متناسب با نوع زئولیت مورد نظر کنترل شود. 

در قسمت های سینتیک و مکانیزم کریستالیزاسیون و گلوله ای کردن زئولیت هـا نکتـه هـائی در مـورد سـنتز زئولیت ها بیان شده است. 

کائولن با بازهای دیگر تبدیل متاکائولن به زئولیت هـا در واکـنش هـا₂ Ba(OH) در درجـه حـرارت پـایین گزارش شده است. زئولیت ها در سیستم hydrous بصورت کریستال های z با یک زئولیت نوع دیگر سـنتز میشوند و دو فاز دیگر که شبیه زئولیت هستند پدید می آیند  سنتز زئولیت از مخلوط NaOH+LiOH)) وNaOH+KOH) ) وLiOH+KOH))  نیز مطالعه شـده است که فاز های زئولیتی Z( K- f) و K – G و W( K-M) وP (نوع Gismoeline) و  AوX و Sو  Nاست که  فازهای زئولیتی ترجیحاً با Na و 7 TMA -  تولید می کند  .

تبدیل کائولن خام به زئولیت ها و فلدسپاتوئید ها بوسیله واکنش بـا هیدروکـسید هـای قلیـایی فلـزی نظیـ ز:  در درجه LiA زئولیت LoH انجام  میگیرد با  KOH , NaOH , PbOH , CsOH , LiOH , LaOH حرارت 130 الی 140 درجه سانتی گراد بدست  میآید و با RboH و CsoH به ترتیب زئولیت های  Rb-D و Cs-D بدست می آیند. 

یکسری هیدرات های sodalite از مقادیر متفاوت محلول تهیه می شوند و قابلیت حل بر اساس تـابعی از غلظت هیدروکسید سدیم می باشد. در محلول های خیلی قوی بیـشتر از 30 مـولار ₃Al₂O و ₂SiO بـاقی می ماند و هیچ آلومینیوسیلیکاتی تشکیل نمی شود.

کائولینت در حدود C ° 400 در اثـر واکـنش بـا محلـول 30 % هیدروکسید سدیم (اضافی) به کانسرنیت (Cancrinite) تبدیل  میشود همچنین واکنش کائولن با KoH در C °70-90 مطالعه شده است و محـصولات متفـاوتی در غلظـت هـای KoH از 1 تا 9 نرمال بدست  میآید.

در ابتدای واکنش ،(240-100 دقیقه) ₂Sio وO₃  Al₂محلول افزایش می یابد تبدیل ژل آلومینیوسیلیکات آمورف به کریستال آلومینیوسیلیکات متقارن با کاهش غلظـت ₂Sio و  AL₂O₃در محلول است در اثر واکنش بالا زئولیت های مختلف شامل زئولیت ) H یا I ) و Z )یا) k-f ( و G به دست ما آیند .

تبدیل انواع مختلف کائولن رسی به زئولیت A بستگی به کریستال ابتدایی رس غلظت محلول هیدروکـسید سدیم درجه حرارت و زمان دارد. 

کریستالیزاسیون انواع کائولن و تبدیل مستقیم آن به هیدروسودالیت مشاهده است. کریستال هالویسیت به فرم خوبی برای تولید زئولیت A  نمیباشد. 

زئولیت ها در C ° 70 در 16 الی 24 ساعت کریستال هـای هالوسـیت بیـشتر بـصورت زئولیت X کریـستاله می شود اگر سیلیکای اضافی (سیلیکات سدیم آبی) در محلول باشد بیشتر ناخالصی های آن تبدیل به زئولیت می شود که در نتیجه O₃₂Sio₂ /Al در حدود 2 خواهد بود یک مخلوط با نسبتO_{3 2}Sio₂ /Al برابـر 5 و 6 در C ° 90 در 10 ساعت تولید – 95% زئولیت X می کند.

مشاهدات نشان می دهد که 100% زئولیت هـا درC ° 70 در 24-16 ساعت به دست می آید و اگر تمـاس بـا محلـول قلیـایی ادامـه یابـد تـدریج اً تبـدیل بـه هیدروکسی سوالیت میشوند 

✳️ سنتز زئولیت ها از خاک های آتشفشانی 

زئولیت های سنتزی کریستالی آل ومینیوسیلیکات از مواد آمورف فعال شده مـیباشـند sudo و  Matsuoke کریستالیزاسیون تشکیل پودر شیشه آتشفشانی با محلول NacH-Nacl به هیدروکـسی سـودالیت و یـک زئولیت را گزارش دادند. زئولیت بدست آمده طبق داده های X-ray  پودری از نوع زئولیت X بود. 

این روش معمولاً بر مبنای واکنش های غیر همگن از بعضی منابع طبیعی سیلیکاتی و آلومینیایی مـیباشـد. در بعضی مواقع آلومینیوسیلیکات معدنی آمورف مثل Allophane در واکنش استفاده می شود. ایـن نوع دارای اجزایی جامد از خاکستر آتشفشانی است. آلوفان دارای ترکیب شیمیایی  Al₂O₃ . 2SiO₂ . 3H₂O   یا  Al₂O₃ . SiO₂ . 2H₂O میباشد که این ساختمان در تغییرات مسئله است. 

مسئله مهم در این متد تخلیص خاک از موادی چون یون های فلـزات آلـومینیم، منیـزیم، آهـن، منیـزیم وکلسیم و غیره است نخست خاک توسط اسید معدنی قوی (H₂SO₄) مخلوط شده، تا با ایـن عمـل باعـث تخریب سنگ سیلیس شوند و حاصل آن ژل اسید سیلسک است که پس از واکنش با آلومینات سدیم تولید ژل سدیم آلومینیوم سیلیکات می کند.

که در طی واکنش زیر تولید زئولیت می کند: 

SiO₂   +   2NaAlO₂ (aq)  →  Na₂O . Al₂O₃  . 2SiO₂ . 4,5H₂O ( زئولیت 2A )

مراحل فیلتراسیون و خشک کردن و دامنه بندی مانند مراحلی است که قبلاً گفته شده است. زمان )aging بی حرکت نگه داشتن) لازم برای 70° C ، 4 ساعت و در C ° 90 حدود نیم سات است.

مزیت این روش در ریز تر بودن  دانه های تولید شده است و دانسیته زئولیت بدست آمده 2/0-3/0 کیلوگرم بر لیتر است و در این پروسس غلظت زیاد هیدروکسید سدیم ضرورتی ندارد تا نیاز به بازیابی و تغلیظ باشد، شرکت سیزوساوا در ژاپن زئولیت 4A را از این روش تهیه میکند.

گلوله ای کردن زئولیت های مصنوعی (برای پروسس جذب و کراکینگ) : 

The pelletlzatlon OF synthetic ZOLITE

کریستال های زئولیت جهت پروسس ها جذب و کراکینگ بصورت گلوله ای استوانه ای و یا کروی و یـا اشـکال دیگر ساخته می شوند ولی باید مقاومت فیزیکی و تنشی لازم را در برج های Packing داشته باشند 

✳️ گلوله ای کردن زئولیت های مصنوعی به دو روش زیر انجام میگیرد : 

1. شکل های پیش ساخته
2. گلوله ای کردن پودر زئولیت

گلوله ای کردن در دو روش بالا ممکن است همراه بـا اضـافه کـردن پـودر فلـزات و یـا مـواد غیـر آلـی (درکاتالیست های مختلف) باشد .

1- شکل های پیش ساخته Performed shapes 

متدهای متعددی برای شکل دهی کائولن خام بکار گرفته می شود مثلاً کائولن ممکن است بوسیله اکسترودر به شکل دانه های گلوله ای خارج شود و یا ممکن است به فرم خاص با تکنیک هائی انجام گیرد که اصـطلاحاً ریخته گری می گویند.

شکل های ساخته شده علاوه بر گلوله های کروی به صورت لولـه های، سـیلندری و غیـره نیز ر یخته می شود و همچنین بصورت الیافی نیز ساخته می شود کائولن شـکل داده شـده بـرای تبـدیل بـه متاکائولن از کوره ای در درجه حرارت  C °700 عبور داده شده و بعد در حـین همـزدن در محلـول NaoH داخل  میشود و بعد در مرحله کریستالیزاسیون قرار میگیرد این روش برای تهیه زئولیت به کار  میرود.  

گلوله ای کردن ممکن است همراه با محلول های هیدرات قلیایی نیز ممکن است انجـام گیـرد. ایـن روش در ساخت زئولیت Y از گلوله های پیش ساخته، انجام گرفته است این گلوله ها بعـداً در محلـول کلرایـد سـدیم جهت کریستالیزاسیون قرار می گیرند.

روش دیگر ساختن گلوله ها از پودر کریستال های زئولیت روی کیـک فیلتر است که با رس کلسینه شده مخلوط می شود و سپس توسط اکسترودر به شکل گلوله خارج شده و در Dryer خشک می شود گلوله های پیش ساخته شده زئولیت A4 در تبادل یونی و یا فرم دیگری از پروسس غربال معکوس، میتـوان به نوعی  A5 تبدیل کرد.

این تبدیل طی واکنش زیر انجام می گیرد: 

  Na + (زﺋﻮﻟﻴﺖ) Ca (ﻣﺤﻠﻮل) ==> Na (ﻣﺤﻠﻮل) + Ca (زئولیت)

پروسه تولید زئولیت 5A بصورت محصول فرعی در شکل 3 آمده است.

همچنان که قبلاً نیز گفته شد در سنتز زئولیت ZA از کائولن زئولیـ تهـای X و Y و P و هیـد رات سـودالیت تولید می شود و چنانچه درجه حرار تها بدرستی کنترل نشده و همچنین در هنگام کلسینه کردن کائولن به جای متاکائولن تبدیل به فاز mullite شود و یا در پروسس نسبت استوکیومتری رعایت نشود زئولیت مورد نظر تشکیل خواهد نشد. 

در پروسه های دیگر زئولیت ها را در انداز ههای دانه ای 50 الی 200 میکرون و مناسب برای کاربرد بستر سیال شکل می دهند. خمیر slurry تهیه شده از کائولن کلسینه شده و محلول سیلیکات سدیم نخست با اسپری درایر spray drier خشک می شود و تولید ذرات به قطر 50 الی 200 میکـرون میکنـد ذرات حاصـل از اسپری درایر ابتدا در محلول هیدروکسید سدیم در درجه حرارت محیط به هم می زنند. بعداً به درجه حرارت کریستالیزاسیون در حدود C° 80-120 میرسانند.

شکل های دیگر زئولیت بصورتی است که بیشتر به عوامل فیزیکی بستگی پیدا می کند. پروسس بالا برای زئولیت A و X و –Y مناسب می باشد و با زئولیت Y با ترکیبات آمونیومی و یا فلزات (تبادل شده metal-ion Change ) میباشد در پروسـس تهیه زئولیت X با Y، کائولن کلسینه نشده ابتدا با هیدروکسید سدیم غلیظ و محلول سیلیکات سدیم در یک کوره در درجه حرارت حدود C°300 واکنش می دهد و محـصول بدسـت آمـده در درجـه حـرارت آب در حدود 100 درجه سانتی گراد شسته می شود.

زئولیت به دست آمـده شـامل 85% زئولیت X یـا Y اسـت و محصول نهائی زئولیت بیشتر در کاتالیست کراکینگ مخلوط با یک ماده ماتریس Matrix  مناسـب ماننـد رس یا ژل سیلیکات آلومینیم آمورف بکار میرود  .

پروسه های مختلف به صورت Patent برای تولید انواع محصولات تجاری موجود است این محصولات بیشتر برای کاتالیست کراکینگ و پروسس جذب مصرف دارند. عموماً در محصول (کاتالیست) 10 الـی 20% وزنـی زئولیت وجود دارد. اگرچه این پروسس ها برای تهیه زئولیت خـالص مناسـب  نیـستند ولـی در کاربردهـای مختلف ماده اصلی را تشکیل می دهند. 

اگر کائولن کلسینه شده با هیدروکسید سدیم و آب در نسبت های وزنی 5 به 1 و 5 مخلوط شوند و آن را به مدت زیاد بدون همزدن در درجه حرارت حدود 90 ° C بگذاریم در این حالـت بیـشتر زئولیت faujasite  تشکیل  میشود. نسبت ₂SiO و Na₂O و H2O در ترکیب زئولیت ₃o₂Al در ابتدای همین مقاله آمده است. 

ترکیب درصد زئولیت ها با دبزاکسیون پودری X-ray تعیین می شود.  

کریستالیزاسیون خمیر کائولن کلسینه شده در C °1000 با هیدروکسید سدیم آبی  مخلوط با یک سیلیکای فعال شده در C °100 زئولیت Y بدست می آید نسبت ₃SiO₂ / Al₂O برابر 1/5-5 میباشد و مقـداری از سیلیکای اضافی واکنش نکرده باقی می ماند. زئولیت حاصل شده 42% محصول به فرمول Al₂O₃ . Na₂O .  SiO₂H₂O میباشد.

تکنیک های دیگر برای سنتز زئولیت ها از خاک رس برای بالا بردن نسبت بایستی آلومینیم اضافی را از خاک رس با اسید شـور کـردن جـدا کـرد  (HCL) متاکـائولن اسـید شـوئی شـده دارای ترکیـب اسـتو کیومتری Na₂O . Al2O₃.  4.8میشود و راندمان عمل 95% است. 

زئولیت های K −M , L.T , S.D نیز مانند زئولیت Y با استفاده از متاکائولن در میلیکای اضافی در محلول سیلیکات سدیم تولید میشود و معمولاً انواع دیگر زئولیت ها از واکنش بدست  میآید.

2- گلوله ای کردن پودر زئولیت

همچنانکه قبلاً نیز گفته شده بود زئولیت ها توسط اکسترودر گلوله ای میشود در این روش ممکـن اسـت بـا توجه به کاربردشان با پودر فلزات و یا مواد معدنی دیگر ساخته شوند. 

زئولیت ها ممکن است به شکل الیافی همراه با حرارت دادن در ضمن عبور از اکسترودر بدست آیند و وقتـی درجه حرارت و فشار زیاد باشد کریستال های زئولیت بدست آمده استخوانی می شوند. گلوله هـای اسـتخوانی بدست آمده صرفاً جهت تحقیقات آزمایشگاهی است و استفاد های در صنعت نـدارد.

روش دیگـر شـکل دادن زئولیت بصورت تک کریستالی است ساخت اندازه کریستال های زئولیت در پروس های سیال جذبی در حدود 100 میکرون میباشند. ولی کلاً تک کریستالی ها جنبه تجارتی ندارند. 

در آماده سازی غربال ملکولی گلوله ای مقاومت فیزیکی اهمیـت دارد بـدین دلیـل آمـاده سـازی تـوده هـای گلوله ای نظیر mordenite بطور مستقیم با اکسترودر انجام  میشود  .

آماده سازی توده های الیافی زئولیت بصورت گلوله های کروی با استوانه ای برحسب مقاومـت تنـشی سـاخته می شوند گرچه نمی توان در پروسه های جذب و کاتالیستی مشخصه نفوذ پذیری را بی ارتباط بـه آن دانـست اما حفره ها در گلوله ها بایستی بصورتی باشد که مقاومـت نفـوذ را زیـاد نکنـد مـسئله دیگـر اپتـیمم کـردن ماکزیمم دانسیته در افزایش ظرفیت جذب و نفوذ است .

همچنین بعـضی کـاربر دهـای اساسـی اسـتفاده ازترکیبات زئولیتی مانند جذب در زمان محدود میباشد و در پروسـس جـذب در بـستر ثابـت بایـد از غربـال ملکولی با حفره های مناسب و زیاد به کار برده شود. 

مواد کاتالیستی و جاذب از تهیه زئولیت A که بطور گلوله ای الیافی ساخته می شـوند ابتـدا زئولیت و اسـید سیلسیک به طور گرانولی آماده می شـود گرانـول هـای حاصـله شـامل 15% سیلیکاسـت سـپس در محلـول آلومینات سدیم هرماه با همزدن در هضم کننده یک روز می ماند و بعد در NaoH آبـی چنـد سـاعت قـرار میدهند و بدین ترتیب گلوله های الیافی برای پروسس های جذب و کراکینگ آماده است در روش های دیگر زئولیت نخ ست در ژل آبی بوسیله سود آلومینیم تری هیدرات و سیلیکای کلوئیدی عمـل می شود.

کریستال های زئولیت بعد فیلتر شده و با آب شستشو می شود و با تعادل یـونی تبـدیل بـه زئولیت آمونیوم شده، سپس با کائولن مخلوط شود و بهتر است کائولن قبلاً توسط بخار در C °700-750 برای چند ساعت فعال شود گلوله ها در پایان شامل 10% زئولیت خواهند بود این روش در تولید فرم پایـدار زئولیت y مؤثر است. 

در تهیه زئولیت به روش آبی، کریستال های زئولیت در محلـول صـاف شـده (فیلتریـت) پراکنـده انـد وph  محلول محدود 4.5-4 خواهد بـود اگـر مـدت 30 دقیقـه بـه همـزده شـود و سـپس سـولفات آلـومینیم و هیدروکسید آلومینیم اضافه شود و بعد کریستال های ماتریس سیلیکا آلومینا تولید شده فرم داده مـی شـود.

زئولیت نهایی حدود 10% از ماتریس سیلیکای آمورف است که کلاً  5/92 سیلیکا و 6/7% آلومینا خواهد بود. سپس در اسپری درایر خشک میشوند. 

ترکیب زئولیت با رس جهت پروسس های جذب به شکل توده هـای کـروی شـناخته شـده و سـپس خـشک می شوند. برای کنترل رطوبت مقداری آب اضافه می شود چونکه سطح این کـره هـا سـخت مـیشـود. بـدین منظور در محلول سیلیکات خیسانده شده و بعـد بـصورت پوشـش روی سـطح آن خـشک می شـود و بعـد گلوله های کروی پوشش داده شده، کلسینه می شوند.  

مقدار آب از دست داده در زئولیت ها حدود 5/1 الی 5/2% وزن محصول است (پـودر زئولیت بایـستی قـبلاً هیدراته باشن ظرفیت آب هیدراته برابر است با حدود 80% ظرفیت آبی است که میتواند در پودر کریـستال زئولیت جذب شود.)

محصولات که بصورت  گلوله ای یا رشتهای ساخته  میشوند در حدود 20% وزنی زئولیت دارند. خواص جذب و دیگر خواص فیزیکی (مقاومت مکانیکی و حرارتی) محصولات تجاری در گلولهها و رشته ها مؤثر هستند ولی بیشتر در غربال ملکولی اثرات حفره ها مورد توجه میباشند.  

سینتیک و مکانیزم کریستالیزاسیون زئولیت به شرح زیر می باشد :   

اطلاعات وسیعی در مورد ارتباط ترکیب درصد مخلوط ها، ژل ها، فاز ها با درجـه حـرارت و فـشار و زمـان در واکنش تهیه زئولیت ها لازم است. این اطلاعات در مورد مکانیزم کریستالیزاسیون و سـیتیک محـدود اسـ ت. مطالعـــاتی کـــه روی ســـرعت کریـــستالیزاسیون زئولیت A، زئولیت X و mondenite از ژل هـــای آلومینیوسیلیکات سدیم انجام شده است . (شکل زیر)

از منحنی S شکل آن فهمیده می شود کـه در ابتـدای پریود لازم است که هـسته کریـستالی اولیـه بـه یـک انـدازه بحرانـی رشـد کنـ د. اثـر درجـه حـرارت روی کریستالیزاسیون زئولیت در ابتدای پریود درC  ° 50 در 60 ساعت در مقایسه با C ° 100 در 2 ساعت مشهود است و شکل اصلی تداوم رشد کریستال هاست.

اثر درجه حرارت بر کریستالیزاسیون فاز زئولیت ها جالب است ارتباط بـین زمـان کریـستالیزاسیون و درجـه حرارت برای تشکیل زئولیت X از ژل های آلومینیوسیلیکات ها در شـکل  بالاآمـده اسـت انـرژی اکتیواسـیون ظاهری برای زئولیت kal/mole A 11 و برای زئولیت kcal/mole X 15 حساب شده است. 

شدت کریستالیزاسیون زئولیت در مخلـوط واکـنش آلومینیوسـیلیکات سـدیم آمـورف  82,0   2NaAlO ، 2SiO با NaOH آبی بوسیله Kerr مطالعه شده است .

او دریافت که در  C°100 شدت تشکیل تقریباً از درجه اول است. شدت تشکیل شدن هـسته بعـد از مـدت زمانی سریع می شود. با اضافه شدن کریستال های زئولیت در مخلوط شدت واکنش کمتر می شود  .

جامدهای آمورف در محلول قلیائی سریعاً حل می شوند و غلظت مواد فعال را کاهش می دهنـد ولـی شـدت رشد با غلظت NaoH افزایش می یابد. در بررسی های بعدی، کریک Ciric  ژل های آلومینیوسی لیکاتی را بکار بـرد او دریافـت کـه اثـر تغییـرات غلظت NaoH بیانگر انتقال ترمهای حل شده از ژل به سطح کریستال می باشد و نفوذ در محل دو بار منفی و احتمالاً در جائی که آلومینیوسیلیکات دی- مریامترامر وجود دارد انجام می گیرد.

شـدت رشـد زئولیت از ژل های آلومینیو سیلیکات به صورت زیر بدست می آید .

 (dwc/dt)T  = K4(OH)2

که درجه واکنش است طبق معادله بالا log(dcw/dt) برحسب −(Log(oH بطور خطی بوده و شیب آن 2 است. 

اســتفاده از آلومینیوســیلیکات آمــورف در C ° 300 در بــالای (8/12 (PH= باعــث افــزایش شــدت کریستالیزاسیون می شود در 3/13PH=  مردنیت Mordenite سـنتزی تبـدیل بـه آنالـسین  analcine می شود. (این تحقیقات توسط Barrer انجام شده است. )

این کریـستالیزاسیون در 6/12PH=  بعـد از یـک سـاعت در C °350 و یـا 4 هفتـه در C °100 و یـا دو روز در درجـه حـرارت C °200 انجام پـذیر اسـت. کریستالیزاسیون ژل های آلومینیو سیلیکات آمورف آهسته صورت می گیرند.

ترکیب درصد شیمیایی جامـد و فاز های مایع ژل های آلومینیوسیلیکات از محلول های قلیائی سدیم و پتاسیم آلومیناتها و سـیلیکاتها توسـط Zhdomer بررسی شده است. او مشاهده کرد که شبه تعادلی، بین فاز جامد و مایع در ژل و نهایتاً هسته ای شدن و رشد دو فاز مایع وجود دارد.

مواد ژلی مداوماً حل شده و به هسته کریستال ها در فاز مایع منتقل می شوند. مکـانیزم مـشابه بـا ایـن محلول ها توسط (Y) Kett انجام گرفته اسـت. از محلـول هیدروکـسید سـدیم و آلومینیوسـیلیکات سـدیم آمورف (ترکیب درصد ₂ ( NaAlO₂ . 0,82 SiO بیشتر کریستال زئولیت A حاصل میشود در C ° 100آلومینیوسیلیکات حل  میشود و تبدیل به هسته های کریستال زئولیت A میشوند. در ژل، سیلیکا بصورت منومرهیدرات 4(si (OH وجود دارد و محلول با PH بالا یون های سیلیکا وجـود دارد.

محلول سیلیکا به شکل آمورف می باشد و کریستالیزاسیون محلول در باز قوی مثـل هیدروکـسید سـدیم در حدود -1110,5PH=  انجام می گیرد و احتمالاً به صورت دی پلی مریزاسیون هیدراتها بـه فـرم ₄(si(OH میباشد و طبق واکنش زیر به صورت جانشینی انجام  میگیرد. 

SiO_2n  - 2N – 2O =NSi(OH)₄

Si(OH)₄ – H₂O – OH ^- = (H₂O) Si .( OH^-) ₅

به فرض اینکه غلظت منومر ₄(si(OH با PH تغییر نکند، افزایش سیلیکای قابل حل با افـزایش براساس فرمول 2 با ثابت تعادل زیر بیان می شود : 

 ( (H2O) Si (OH)^-₅)  /    ( (OH)^-(Si(OH)^-₄  )   = 1085 *  10⁴

وقتی محلول های آلومینات و یونهای پلی سیلیکا به صورت ژل هیدروس hydrous مخلوط می شوند یونهای آلومینات و یونهای سیلیکات پلیمریز میشوند ساختمان ژل تولید شده آمورف بوده و ترکیب درصد و ساختمان ژل هیدرس با اندازه ساختمان فضایی پلیمریزه شده کنترل می شود سپس زئولیت با توجه ترکیب شیمیایی و توزیع وزن مولکولی مختلف از محلول ژلی ممکن است ساخته شود.

بنابراین انعقاد هسته های کریستال های زئولیت نیز از همین طریق کنترل می شوند. اندازه کریستال و مرفولوژی رشد زئولیت ها از ژل ها نشان می دهد که کریستال ها خیلی کوچک و در حدود چند میکرون هستند و بطور یکنواخت در محلول بکار می رود.

مخلوط واکنش برای تهیه سیلیکای کلوئیدی همزده می شود و این عمل پلیمریزاسیون تحت تعادل انجام می شود. در فاز ژل هیدروژن ذرات بزرگ سیلیکا دارای وزنهای ملکولی در حدود 100000 است تشکیل هسته زئولیت بوسیله حل شدن یون های سیلیکات از سیلیکای کلوئیدی تولید میشود و اغلب یون های آلومینیات نیز در محلول حضور دارد و در صورت خالص بودن ممکن است کریستال های یکنواخت زئولیت A تهیه شود که حدوداً  A ° 500 قطر دارند.

یک کریستال زئولیت A و زئولیت X به قطر 100 الی 140 µ بوسیله onarnell از متاسیلیکات سـدیم در محلول آلومینیات سدیم و تری اتانول آمین در 70 الی C °95 تهیه شد. زمان کریستالیزاسیون محلول هـای آلومینات و سیلیکات فوق برای تهیه زئولیت 50- 3 هفته و برای زئولیت A ، 3-2 هفته به طول انجامید. 

---

✔️ آشنایی با خواص فیزیکی و شیمیایی زئولیت !

---

✳️ زئولیت ها بصورت زیر در واکنش ها شرکت می کنند :

1 - واکنش هایی که :

• آب بصورت هیدرولیزو دی هیدراسیون شرکت دارد.
• فازهای فرار غیر آب وجود دارند.
• در داخل محلول توسط یونها انجام میگیرد.

2 - واکنشهای تجدید کریستالی بعد از عمل دی هیدراسیون  

3 - نقص ساختمانی :

• کاتیون زدائی و از بین بردن -OH( دی هیدروکسیلاسیون)
• دی آلومینلاسیون یعنی از بین بردن اتمهای آلومینیوم
• پایداری حرارتی

احیاء کاتیون فلزی 

✳️ خواص فیزیکی زئولیت های کریستالی

زئولیت ها که از کریستالیزاسیون انواع هیدروژن ها و با تبدیل آلومینیوم سیلیکاتهای دیگر نظیـر کـائولن بدست میآمد پودرهای زنولیتی کریستالی اصـلی در حـدود چنـد میکـرون مـی باشـد کـه مـی تـوان بـا میکروسکوپ الکترونی آنها را بررسی کرد. این کریستال ها بصورت مکعبی هستند ( در حدود A250-500 ).

اندازه ذرات زئولیت های مصنوعی :

کریستال های زئولیت، تحت حالات سنتز یا ژله ای آبدار فعال شده در درجه حرارت پائین تشکیل میشـود. اندازه ذرات کریستال بدست آمده، بین 1 الی 10 میکرون و میانگین وزنی ذرات پودر 1.39 میکرون است.   

سختی :

سختی کریستالهای زئولیت معدنی در دامنه 4 الی 5 در مقیاس mohs می باشند. منحنی سختی برای نوع معدنی در مقیاسknoop 163 است. در مقیاس mohs آپاتیت دارای مقدار5 و کمتـرین سـختی بـرای فلدسپاراست. برای زئولیتهای مصنوعی که بصورت پودر هستند این اندازه گیری ها انجام می شود.  

خواص نوری (رنگ) :

زئولیت های خالص بی رنگ هستند ولی در بعضی از نمونه های معدنی، مقادیر کمی ناخالصی به آنها منتقـل شده است برای مثال آهن در شابازیت ناحیه باعث صورتی رنگ شدن آن شده است. 

اگر کاتیون الکیل و الکیلن در سینتیک زئولیت و یا در تبادل یونهای فلزی حضور داشته باشد زئولیت ممکن است رنگی شود. این رنگ در حالت آبگیری و یا از دست آب تغییر می کند. 

وقتی نقره در زئولیت تعویض انجام دهد ابتدا سفید بوده و در آبگیری به رنگ قرمز- زرد تغییـر مـیکنـد و رنگ نهائی زرد روشن قناری است. که در فشار جزئی بخار آب از ^2-10x3  به ^2-10x5 نیز تغییر رنگ می دهد.

وقتی یون نیکل در زئولیت تبادل میشود رنگ زئولیت را میتواند در هنگام آبگیری از بنفش به سبز روشـن تغییر دهد. کاتیون کبالت رنگ زئولیت را می تواند در هنگام آبگیری از صورتی به آبی تغییر دهد. 

انبساط حرارتی :

ضریب انبساط حرارتی براساس تغییـر ابعـاد اندازه واحد سل با تغییر درجه حرارت داده می شود. این مقدار برای زئولیتA  ، 6.4x10^-6 کـه در مقابـل کواتز با مقدار ^6-10x5.4 قرار دارد.   

دانسیته :

دانسیته زئولیتها پایین است و دامنه آن حدود 1.9 الی 2.3 گرم بر سانتیمتر مکعب است تعویض کاتیونی با یونهای سنگین تر باعث افزایش دانسیته می شود. بعضی زئولیت هـای بـاریم دانـسیته 8/2 دارنـد. دانـسیته بستگی به ساختمان زئولیت (فضای خالی) و کانیون موجود در واحد ساختمان دارد.  

زئولیت های شب نما :

چندین زئولیت  شب نما در رنگهای مختلف یافت شده اند که برای رنگهای آبی، آبی- سبز ، زرد - سبز، سفید - زرد وآبی - سفید با اشعه در حدود 53-50 انگستروم (قابل دید) است .عناصری که در این نوع زئولیتها وجود دارد بیشتر سرب، نقره و مس ایست که با زئولیت تبادل انجام داده و در اشعه ماوراء بنفش تهیج می شـوند. و در موقع آبگیری مجدداً برمیگردد.

---

✔️ زمین ، محوطه سازی و ساختمان سازی مورد نیاز جهت احداث کارخانه تولید زئولیت مصنوعی با ظرفیت 30000 تن در سال

---

✳️ زمین و محوطه سازی مورد نیاز کارخانه تولید زئولیت مصنوعی به قرار زیر می باشد :

• زمین : 7500 مترمربع
• محوطه سازی و فضای سبز : 450 مترمربع 
• پی کنی و بتن زیری مسطح : M³ 488 مترمربع
• خاکریزی و تسطیح : 7500 مترمربع
• خیابان کشی و آسفالت : 2756 مترمربع
• دیوارکشی (به ضخامت 5m و ارتفاع 2m) : 640 مترمربع 

✳️ ساختمان سازی تولیدی و اداری کارخانه تولید زئولیت مصنوعی به قرار زیر می باشد :  

• سالن های تولید : 3000 مترمربع
• انبارهای مواد ساخته شده : 728 مترمربع
• ساختمان های جنبی اداری، رستوران، نمازخانه : 240 مترمربع
• سازه فلزی جهت طبقات ستون ها و برج ها : --
• تعمیرگاه و تاسیسات (داخل سالن تولید) : 408 مترمربع
• ساختمان های استقرار تجهیزات برقی و موتورخانه : 64 مترمربع

✍️ جهت تهیه مطالعات بازار و طرح توجیهی کارخانه تولید زئولیت مصنوعی ، با اطلاعات کاملا به روز با فرمت Word و PDF و با گزارش گیری نرم افزار کامفار ، جهت اخذ جواز تاسیس یا وام و تسهیلات بانکی ،با ما تماس بگیرید .

---

📚 دانلود فایل های طرح توجیهی تیپ تولید زئولیت مصنوعی

---

👈 توجه : کلیه ی طرح های تیپ یا آماده ، صرفا کاربرد مطالعاتی و تحقیقاتی داشته و جهت اخذ مجوز و یا تسهیلات و وام بانکی مناسب نمیباشند . جهت تهیه طرح توجیهی با کاربرد اجرایی و بانکی با ما تماس بگیرید.