Mineraller - Zeolit

Zeolit
Vikipedi, özgür ansiklopedi

Sponsorlu Bağlantılar

Zeolit

Zeolit, kelime olarak "Kaynayan Taş" anlamındadır; 1756 yılında İsveçli mineralog Freiherr Axel Fredrick Cronstedt tarafından bulunmuştur. Zeolitler, milyonlarca yıl önce oluşan doğal minerallerdir. Volkanik küllerin su ortamında değişime uğraması sonucunda oluşurlar. Zeolit mineralleri, birbirine oksijen atomlarını paylaşarak bağlanan tetrahedral AlO4 ve SiO4'in sınırsız uzayabilen üç boyutlu ağından oluşan aluminosilikat yapıdadır.Yapıları bal peteği, kafese benzeyen, değişebilir katyonlar ve su ihtiva eden mikro gözenekli malzemelerdir. Bu özellik zeolitlerin seçimli adsorbsiyon, moleküler elek ve katalitik kullanım alanları gibi uygulamalarda değerlendirilmesini sağlar. Zeolitlerin başlıca fiziksel ve kimyasal özellikleri olan; iyon değişikliği yapabilme adsorbsiyon ve buna bağlı moleküler elek yapısı zeolitlerin çok çeşitli endüstriyel alanlarda kullanılmalarına neden olmuştur. Son yıllarda zeolit mineralleri iyon değistirme ve adsorbsiyon özellikleri nedeniyle kirlilik kontrolünde gittikçe artarak kullanılmaktadır.

Mikro gözenekli yapısıyla zeolit molekülü

Zeolit Kullanımının Faydaları
• Sistem kapasitesindeki artış ilk yatırım maliyetini ve işletme maliyetlerini düşürür.
• Daha iyi kalitede çıkış suyu alınması alıcı ortama daha iyi bir koruma sağlar.
• Nütrient giderimi için daha az kimyasal madde dozlanacağından işletme maliyetleri düşer.
• Çamur karakteristiğindeki iyileşme çamurun yeniden kullanım olanaklarını arttırır.
• Çamur susuzlaştırma daha iyi olduğundan çamur uzaklaştırma maliyetleri düşer.
• Çamur susuzlaştırma için gereken polielektrolit ihtiyacının düşmesi kimyasal madde maliyetlerinde düşüş sağlar.

Doğal Zeolitlerin Su ve Çevre Uygulamaları

1. Endüstriyel Atık Suların Temizlenmesi

Zeolitlerin filtre yetenekleri sayesinde su sistemlerinde bulunan birçok kontaminantı çok yönlü ve çevreye dost bir şekilde yakalanabilirler. Doğal zeolitler bu işlemleri yüksek iyon değişim kapasiteleri, emilim-salma enerjileri ve modifikasyon kabiliyetleri sayesinde yapabilirler. Zeolit grubu minerallerin en önemli özelliklerinden biri farklı oranlarda kristal boş¬luğu içermeleri ve bu sayede atık sular içinde çözelti ortamında bulunan ve çevreye zarar veren elementleri (anyon ve katyon halinde) bünyelerine alabilmeleridir.
Zeolit’in yüksek derecede gözenekli yapısı boyut olarak 4 mikron’a kadar parçacıkları yakalar. Zeolitlerin katyonları ve bazı organik kontaminantları ve istenmeyen kokuları çekmesini sağlayan doğal negatif yükü vardır. Zeolitler, ion değişimi ile sıvı akışkanlardan ayrılabilen çesitli metal katyonları yüksek bir seçicilikle yakalar. Doğal zeolitler içme suyu ve atık sulardan ağır metal katyonlarının (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Cr, Mn ve Fe; Pb, Cu ) yüksek bir seçicilikle ayrılmalarını sağlar. İyon Değişimi Yoluyla Amonyak Giderimi: Canlı yaşamı için gerekli bir besin olmakla birlikte, su ortamında fazla miktarda bulunması ötröfikasyon başta olmak üzere önemli sorunlara yol açan azotun bir formu da amonyaktır. Avrupa Birliği’nin 1991 yılında yürürlüğe giren kentsel atıksularla ilgili direktifinde (91/676/EEC 1991) hassas bölgeler tanımlanmakta,bu çerçevede hassas bölgeler, ötrofikasyona duyarlılıkla belirlenmektedir.Bu direktif doğrultusunda azot standartlarına uyum sıkılaştırılmıştır.
Amonyak belediye atık suyunun işlenmesi konusunda temel bir problemdir. Zeolitlerin çok yüksek bir amonyak absorbsiyon kapasitesi vardır. Yapılan uygulamalarda belediye atık sularındakı amonyak seviyesinde ciddi düşüşler elde edilmiştir.

2. Çöp Depolama Sahalarındaki Sızıntı Suyu Arıtımı

Katı atıkların arazide depolanması,diğer katı atık bertaraf yöntemlerinden daha pratik ve ekonomik bir yöntemdir. Ancak bu alanlarda oluşan çöp sızıntı suları önemli çevresel sorunlar yaratmaktadır. Sızıntı suları yüksek miktarda KOİ, BOİ ve amonyak içermektedir. Sızıntı sularının arıtımında yüksek yüzey alanı ve iyon değişim kapasitesine sahip Zeolit kullanımıyla KOİ, BOİ ve amonyak değerlerinde ciddi düşüşler elde edilir.

3. Organik Kentsel Katı Atıkların Kompostlaştırılması

Kompostlaştırma, entegre katı atık yönetiminde önemli bir yöntemdir. Yöntem, oluşan katı atıkların geri kazanımını ve çevresel açıdan uygun bertarafını sağlamaktadır.Kompostlaştırma prosesinde temel sınırlamalardan birisi yüksek amonyak konsantrasyonudur. Amonyak oluşumu, sistemde anaerobik şartların geliştiğinin en büyük göstergesidir. Organik kentsel katı atıkların kompostlaştırılmasında, doğal zeolit, klinoptilolit, kullanılarak amonyak giderimi üzerine yapılan çalışmalarda Klinoptilolitin ortamdaki fazla azotu tuttuğu, nemi dengelediği ve amonyak konsantrasyonunu önemli ölçüde azalttığı gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, proses sonunda organik katı atıklara %5 zeolit ilavesinin proses sonunda yaklaşık %75 oranında amonyak azotu giderimi sağladığı görülmektedir.

4. Arsenik Giderimi

Arsenik, bakır ve kurşun alaşımlarının sertleştirilmesi, boya pigment uygulamaları, cam, tekstil ve çeşitli sanayi dallarında kullanılmaktadır. ABD’nin Çevre Koruma Organizasyonu EPA arseniği birinci derecede kansoren maddeler grubuna sokmuş ve sularda müsade edilen miktarı 5ppm’den daha az’a indirmiştir. Zeolit arsenik iyonları içeren suyla temas ettirildiğinde, sudaki arsenik zeolit tarafından tutulur. Sudaki arsenik suyla yıkanamayacak bir biçimde tutulduğundan arsenik sulu atık fazı katı atığa dönüştürülmektedir.
Zeolit Kullanılan Endüstri Atıksularına örnekler:
• Organize Sanayi Bölgeleri Arıtma Tesisleri (örn: Ağır Metal, Amonyak Giderimi, Çamur Susuzlaştırma, KOİ ve BOİ değerlerinin düşürülmesi)
• Elektrokaplama Atıksuları (örn: Krom Giderimi ve Cu, Fe)
• Deri Sanayi Atıksuları (örn: Krom Giderimi ve Ağır Metallerin Giderimi)
• Maden İşleme Atıksuları (örn: Cu, Fe ve Ağır Metallerin Giderimi)
• Tekstil Endüstrisi Atıksuları (örn: Boyar Maddelerin Giderimi)
• Katı Atık Sızıntı Suyu Arıtımı (örn: Amonyak Giderimi)
• Akü Endüstrisi Atıksuları (örn: Pb Giderimi ve Ağır Metallerin Giderimi)
• Boya Endüstrisi Atıksuları
• Cam Endüstrisi Atıksuları

5. Havuz ve Spa Filtre Malzemesi

Doğal zeolitler,özellikle zeolitin klinoptilolit türü fiziksel ve kimyasal özellikleri itibariyle havuz ve Spa filtre malzemesi olarak ideal malzemelerdir.
• Kum filtreler 20-40 mikrona kadar filtrasyon yapabilirken Zeolitler 4 mikrona kadar partikülleri tutabilir.
• Zeolitler yüksek iyon değişimi kapasitesi sayesinde suda çözünmüş ter ve idrardan kaynaklanan amonyağı ve suda ki metal iyonlarını giderir.
• Ters yıkamayı yarı yarıya azaltır dolayısıyla bakım için kullanılan su miktarını %30 azalır.
• Zeolitler gözenekli yapısı itibariyle kum filtreden hafif olduğu için ağırlıkça daha az malzeme kullanılarak aynı hacim doldurulur.
• Aşırı klorlamadan kaynaklanan saçlarda ve giysilerde ağarmayı engeller.

6. Radyoaktif Atıkların Temizlenmesi

Nükler santral atıklarında bulunan ve çevre saglığı açısından tehlikeli olan Sr90, Cs137, Co60, Ca45 gibi izotoplar, zeolitlerle tutulabilmektedirler. Böylece atık sudan alınan radyoaktif atıklar, zeolitle birlikte gömülerek zararsız hale getirilmektedir.
Zeoltin Çernobil Felaketinde Kullanımı
Çernobil felaketi süresince Hiroşima ve Nagazakiye düşen atom bombasının 30 misli radyoaktif etkisi görülmüştür. Felaketteki asıl radyoaktif izotoplar 137Cs, 134Cs, 90Sr ve 89Sr dür. Sovyetler birliğinin dağılmasından sonra Çernobil felaketinde zeolitlerin kullanım alanı gizlilik prensipleri yüzünden karanlıkta kalmıştır. Ukrayna Ürdün ve Rusyadan 500.000 ton zeolit klinoptilolit Çernobilde kullanılmak üzere üretilmiştir . Büyük bir kısmı tarımsal alan olarak kullanılan bölgelerin koruma bariyeri inşasında kullanılmıştır. Dnieper nehrinden zehirin alınması aşamasında toza benzer mikron boyutunda klinoptilolit ve ara katmanlarda alüminyum sülfat kullanılarak radyoaktivite düşürülmüştür.

7. Baca Gazlarının Temizlenmesi

Petrol ve kömür kullanan tesislerin bacalarından çıkan CO2 ve diğer kirletici gazlar zeolitlerin adsorblayıcı özelliği ile ayrılabilmektedir. Mordenit ve klinoptilolitin bu alanda çok iyi sonuçlar verdiği yapılan çalışmalarla ortaya konmustur.

8. Petrol Sızıntılarının Temizlenmesi

Kirlilik kontrolü uygulamalarında yeni gelişen bu alanda aktifleştirilmiş zeolit, bağlayıcıyla peletlenmiş halde kullanmaktadır. Özgül ağırlığı 0.5 gr/cm3 ve yağ adsorblama kapasitesi 0.97 gr olan bu malzeme, 200 saat suda yüzebilmekte ve yüzeydeki petrolü adsorblamaktadır.

9. Oksijen Üretimi

Yasam için gerekli olan oksijenin azalmasına yüzyılımızın sorunlarından olan su ve hava kirliliği neden olmaktadır. Akarsu ve göllerdeki oksijen eksikliği, bu ortamlarda yasayan balık ve bitkilerin yok olmasına neden olurken kapalı bir mekandaki oksijen azlığı insan saglığını tehdit etmektedir. Bu durumlarda zeolitlerin azotu seçimli adsorblama özelliklerinden yararlanarak bu ortalamalara oksijence zenginlestirilmiş hava sağlanabilmektedir.

ZEOLİT a. (fr. zâolite; modern bilimsel la- tince zeolithus; yun. dzein, kaynak ve lit- hos, taş'tan). Miner. Alkali ve toprak alkali metallerin hidratlı, doğal alüminosilikatla- rından oluşan gruba verilen ad.

—ANSİKL. Genel formülü M2nO, Al203, xSİ02, yH20 (burada n M katyonunun değerliğidir) olan zeolitler, köşelerinde yer alan oksijenle kendi aralarında birbirine bağlı olan AI04 ve SİO„ dörtyüzlülerinden oluşur. Bu dörtyüzlüler, içlerinde M + katyonlarının noktalar halinde dağıldığı bir kanal, kristal kafesi, atom boşluğu örgüsünü çevreleyen çokyüzlüler halinde bir- araya gelir; M+ katyonları ise, bu noktalarda AI04 dörtyüzlülerinin taşıdığı negatif yükü dengeler. Boylarına ve çokyüzlüle- rin yerleşim düzenine, dolayısıyla kanalların hacmine ve biçimine göre ayırt edilen birçok zeolit türü vardır; bu da moleküllerin seçmeli olarak yüzde tutulmasını sağlar (eleme). Ayrıca, M+ katyonlarının yerine H + protonları koyarak asitli bir kataliz etkisi elde edilir. Bireşim yoluyla, yeni bir yapıda ya da katyonlarının oranı ya da türü bakımından değişik zeolitler elde edilmiştir (alkaliler, toprak alkali metaller, nadir topraklar vb.). Zeolitler sanayide seçici yüzde tutan maddeler (akışkanları kurutma, sanayi gazlarını temizleme), molekül elekleri (hidrokarbonları ayırma) ve katalizör (petrol krakingi) olarak kullanılır.