Zeolite

ï»ż
Zeolite

ZĂ©olithe

ZĂ©olithe
Natrolite ; zĂ©olithe de formule Na2[Si3AlO10] (Val de Fassa Ă  Monzoni (Italie). Le caractĂšre fibreux de certaines zĂ©olithes les rend susceptible de produire des mĂ©sothĂ©liomes (comme l'amiante) si elles sont inhalĂ©es en fines particules
Autre forme de natrolite (microcristaux)

Une zĂ©olithe, ou zĂ©olite (du latin zeolithus, du grec zeĂŽ ou zein : « bouillir Â» et lithos : « la pierre Â») est un minĂ©ral appartenant Ă  la famille des aluminosilicates hydratĂ©s de mĂ©taux des groupes IA et IIA du tableau pĂ©riodique des Ă©lĂ©ments, tels le calcium, le magnĂ©sium et le potassium).

Sommaire

Composition chimique

La composition des diffĂ©rentes zĂ©olithes est proche de celle des argiles. Leur formule chimique, trĂšs variable, respecte le squelette suivant : Nax1Cax2Mgx3Bax4Kx5Alx6[Six7Ox8], x9 H2O, oĂč x1 Ă  x9 sont des entiers positifs ou nuls.

Par exemple, la natrolite a pour formule Na2[Si3Al2O10], 2 H2O et l'heulandite (Ca, Na2)2[Si7Al2O18], 6 H2O.

Structure

AlO4 ou SiO4 tétraédriques

Les zéolithes sont des polymÚres inorganiques cristallins structurellement complexes, basés sur une suite indéfinie tridimensionnelle de structures quadri-connectées de AlO4 et de SiO4 tétraédriques, liées entre elles par un échange d'ions oxygÚne (oxyde). Chaque AlO4 tétraédrique présent dans la structure apporte une forte charge négative qui est contre-balancée par un ou plusieurs cations, tels Ca2+, Mg2+ ou K+.

Origine

Les zĂ©olithes peuvent ĂȘtre naturelles ou synthĂ©tiques. Plus de 150 types de zĂ©olithes ont Ă©tĂ© synthĂ©tisĂ©es et 48 zĂ©olithes naturelles sont connues.

Les zĂ©olithes naturelles se forment sur des terrains oĂč les roches et les cendres volcaniques ont rĂ©agi avec les eaux souterraines alcalines et aussi dans les couches de dĂ©pĂŽts organiques des bassins superficiels. Cette formation dure plusieurs centaines ou milliers d'annĂ©es. Les zĂ©olithes naturelles sont trĂšs rarement pures car elles sont gĂ©nĂ©ralement contaminĂ©es Ă  divers degrĂ©s par d'autres minĂ©raux mĂ©talliques, du quartz ou d'autres zĂ©olithes. Pour cette raison, les zĂ©olithes naturelles sont exclues de beaucoup d'applications industrielles oĂč l'uniformitĂ© et la puretĂ© sont essentielles. Des zĂ©olithes ont mĂȘme Ă©tĂ© trouvĂ©es sur Mars [1].

Les zĂ©olithes synthĂ©tiques prĂ©sentent l'avantage d'ĂȘtre trĂšs pures et de structure uniforme. Ces paramĂštres sont extrĂȘmement importants pour certaines applications telle que les utilisations catalytiques en lit fluidisĂ© (pour l’industrie pĂ©troliĂšre en particulier). Il est Ă©galement possible de fabriquer des structures zĂ©olitiques naturellement inconnues et qui permettent de maximiser l’efficacitĂ© de l’opĂ©ration pour laquelle elle est destinĂ©e. L'activitĂ© de recherche sur la synthĂšse des zĂ©olithes est importante et encouragĂ©e par la croissance du marchĂ©. Puisque les principales matiĂšres premiĂšres employĂ©es pour fabriquer les zĂ©olithes sont la silice et l’alumine, qui sont parmi les composants minĂ©raux les plus abondants sur terre, le potentiel de production des zĂ©olithes synthĂ©tiques est pratiquement illimitĂ©.

Historique

La découverte des zéolithes

En 1756, le minĂ©ralogiste suĂ©dois Axel Frederik Cronstedt dĂ©couvre la premiĂšre zĂ©olithe minĂ©rale, baptisĂ©e stilbite. Il reconnaĂźt les zĂ©olithes comme une nouvelle classe de minerais constituĂ© d'alumino-silicates hydratĂ©s et de terres alcalines. Du fait de son caractĂšre intumescent quand ce minĂ©ral est chauffĂ© par une flamme de chalumeau, Cronstedt appelle ce minĂ©ral « zĂ©olithe Â». En 1840, Alexis Damour observe que les cristaux de zĂ©olithes peuvent ĂȘtre dĂ©shydratĂ©s de façon rĂ©versible sans aucune modification apparente sur leur morphologie et leur transparence.

En 1845, Schafhautle rapporte la synthÚse hydrothermale du quartz par chauffage d'un gel de silice avec de l'eau dans un autoclave. En 1850, Way et Thompson clarifient la nature de l'échange d'ions dans les terres. En 1858, Eichhorn démontre la réversibilité de l'échange d'ions dans les zéolithes. En 1862, S. C. Deville rapporte la premiÚre synthÚse hydrothermale d'une zéolithe, la levynite.

En 1896, aprÚs avoir observé que des liquides variés tels que l'alcool, le benzÚne et le chloroforme ont été occlus dans les zéolithes, Friedel développe l'idée que la structure des zéolithes déshydratées est constituée d'une matrice spongieuse ouverte.

En 1909, Grandjean observe que la chabazite dĂ©shydratĂ©e adsorbe l'ammoniaque, l'air, l'hydrogĂšne et d'autres molĂ©cules. En 1925, Weigel et Steinhoff rapportent le premier effet de « tamis molĂ©culaire Â» et notent que les cristaux de chabazite dĂ©shydratĂ©es adsorbent rapidement l'eau, l'alcool mĂ©thylique, l'alcool Ă©thylique et l'acide formique mais ni l'acĂ©tone, ni l'Ă©ther ni le benzĂšne.

En 1927, Leonard décrit le premier usage des rayons X pour l'identification dans la synthÚse minérale. Les premiÚres structures des zéolithes sont déterminées en 1930 par Taylor et Pauling.

En 1932, McBain Ă©tablit pour la premiĂšre fois le terme « tamis molĂ©culaire Â» pour dĂ©finir les matiĂšres solides poreuses qui agissent comme des tamis Ă  l'Ă©chelle molĂ©culaire. Au milieu des annĂ©es 1930, la littĂ©rature dĂ©crit les Ă©changes d'ions, l'adsorption, les tamis molĂ©culaires, les propriĂ©tĂ©s structurelles et minĂ©rales de zĂ©olithes et relate la synthĂšse de nombreuses zĂ©olithes. Barrer commence son travail de pionnier dans l'adsorption des zĂ©olithes et leur synthĂšse. Il propose la premiĂšre classification, basĂ©e sur des considĂ©rations de tailles molĂ©culaires. En 1948, il rapporte la premiĂšre synthĂšse complĂšte d'une zĂ©olithe analogue Ă  la zĂ©olithe naturelle mordenite.

Le développement industriel

Les zéolithes naturelles

Deux cents ans aprĂšs leur dĂ©couverte par Cronstedt en 1756, les zĂ©olithes minĂ©rales (ou naturelles) sont considĂ©rĂ©es comme des constituants mineurs des roches basaltique et volcanique sans rĂ©elle application. À la fin des annĂ©es 1950, les dĂ©couvertes gĂ©ologiques majeures rĂ©vĂšlent l'ampleur des gisements de zĂ©olithes naturelles dans les dĂ©pĂŽts sĂ©dimentaires aux États-Unis d'AmĂ©rique. Ainsi, quelques zĂ©olithes prĂ©sentes en quantitĂ©s importantes et trĂšs proches de dĂ©pĂŽts minĂ©raux d'importance commerciale, commencent Ă  ĂȘtre commercialisĂ©es comme adsorbants. On exploite donc la chabazite, l'erionite, la mordenite et la clinoptilolite en quantitĂ© industrielle.

Le Japon devient le plus gros utilisateur des zéolithes naturelles. La mordenite et la clinoptilolite sont utilisées comme adsorbants dans les opérations de séparation, de déshydratation et de purification de l'air. Les zéolithes naturelles trouvent aussi des applications dans l'industrie papetiÚre, dans les ciments et les bétons, dans les engrais et comme compléments alimentaire pour le bétail. Cette derniÚre application représente le plus gros débouché en volume pour les zéolithes naturelles.

Les zéolithes synthétiques

Les travaux de Barrer, dans le milieu des années 1940, poussent R.M. Milton à s'intéresser à l'étude de la synthÚse de zéolithe et à la recherche de nouvelles techniques de séparation et de purification de l'air. Entre 1949 et 1954, R.M. Milton et D.W. Breck découvrent un nombre significatif de zéolithes commercialement intéressantes, les zéolithes A, X et Y. Ainsi, en 1954, Union Carbide commercialise pour la premiÚre fois des zéolithes synthétiques comme une nouvelle classe de matériel industriel servant à la séparation et à la purification. Les premiÚres applications concernent donc la déshydratation des gaz réfrigérants et du gaz naturel.

En 1959, Union Carbide commercialise un procĂ©dĂ© pour la sĂ©paration des isoparaffines basĂ© sur l'utilisation de zĂ©olithes : cela reprĂ©sente la premiĂšre utilisation industrielle utilisant les caractĂ©ristiques de « tamis molĂ©culaire Â» des zĂ©olithes. La mĂȘme annĂ©e, Union Carbide commercialise une zĂ©olithe de type Y comme catalyseur pour les rĂ©actions d'isomĂ©risation, ce qui constitue la premiĂšre utilisation industrielle utilisant les caractĂ©ristiques catalytiques des zĂ©olithes.

En 1962, Mobil Oil introduit l'usage des zĂ©olithes synthĂ©tiques de type X comme catalyseur dans les rĂ©actions de craquage de molĂ©cules (en particulier, valorisation des coupes lourdes des pĂ©troles). Entre 1967 et 1969, Mobil Oil rĂ©alise la synthĂšse de zĂ©olithes Ă  haute teneur en silice et des zĂ©olithes de type ZSM-5. En 1974, Henkel introduit les zĂ©olithes A dans la fabrication des dĂ©tergents comme remplaçants des phosphates qui sont soupçonnĂ©s d'ĂȘtre mauvais pour l'environnement. En 1977, l'industrie utilise largement les zĂ©olithes : 22 000 tonnes de zĂ©olithe Y sont usitĂ©es pour le craquage catalytique.

Utilisation

Usages industriels

La nature microporeuse des zéolithes pures les rend intéressantes comme tamis moléculaire

Chimie

Les zĂ©olithes sont employĂ©es comme :

  • Ă©changeur d'ions ;
  • piĂšge molĂ©culaire : les molĂ©cules piĂ©gĂ©es peuvent ainsi ĂȘtre analysĂ©es sĂ©parĂ©ment ;
  • tamis molĂ©culaire : seules les molĂ©cules de certaines tailles et formes peuvent passer Ă  travers la structure zĂ©olitique. On peut ainsi :
    • assĂ©cher les solvants organiques ;
    • assĂ©cher les gaz vecteurs des chromatographes ;
    • protĂ©ger les appareils sensibles Ă  l'humiditĂ©.
  • catalyseurs.
  • sĂ©parateur des gaz : par exemple, Ă©limination de H2O, CO2 et SO2 des gisements de gaz naturel de basse qualitĂ©, mais aussi pour d'autres sĂ©parations comme celles des gaz nobles, de l’azote, du frĂ©on et des formaldĂ©hydes.

RĂ©cemment, une technique de dĂ©shydratation Ă  basse ou moyenne tempĂ©rature — entre -20 Â°C et 60 Â°C — nommĂ©e zĂ©odratation a vu le jour : bien que peu consommateur d'Ă©nergie et Ă©cologique, ce procĂ©dĂ©, qui s'apparente Ă  la lyophilisation, est encore trĂšs peu rĂ©pandu.

Construction

La zĂ©olithe synthĂ©tique est employĂ©e comme additif dans le procĂ©dĂ© de fabrication du mĂ©lange bĂ©ton-asphalte. Le dĂ©veloppement de cette application commencĂ©e en Europe (Allemagne) dans les annĂ©es 1990 a connu un grand intĂ©rĂȘt dans le monde entier. En effet, il permet de diminuer le niveau de tempĂ©rature pendant la fabrication et la pose du bĂ©ton-asphalte, ayant pour rĂ©sultat une consommation infĂ©rieure de combustible fossile, et de ce fait libĂšre moins de dioxyde de carbone, d'aĂ©rosols et de vapeurs nocives.

Thermorégulation

Les zĂ©olithes peuvent ĂȘtre employĂ©s en tant que collecteurs thermiques solaires. Dans ces applications, leur grande chaleur d’adsorption, leur facilitĂ© d'hydratation et de dĂ©shydratation, et leur stabilitĂ© structurale sont exploitĂ©es. Cette propriĂ©tĂ© de forte hygroscopie est en effet couplĂ©e Ă  une rĂ©action exothermique inhĂ©rente au passage entre la forme dĂ©shydratĂ©e et la forme hydratĂ©e (chaleur d’adsorption), ce qui fait des zĂ©olithes des collecteurs efficaces pour le stockage de l'Ă©nergie solaire par exemple.

Usage médical

Les systĂšmes de gĂ©nĂ©ration d'oxygĂšne basĂ©s sur l’utilisation de zĂ©olithe sont largement rĂ©pandus pour produire de l'oxygĂšne de qualitĂ© mĂ©dicale. La zĂ©olithe est utilisĂ©e comme tamis molĂ©culaire qui extrait l'oxygĂšne Ă  partir de l'air, dans un processus qui absorbe l'azote atmosphĂ©rique.

Leur utilisation Ă©galement est possible aussi pour l’amĂ©lioration de la coagulation des saignements graves. On retrouve des produits utilisant cette technologie sous le nom de QuikClot ou Hemosorb. Le fabricant affirme que le matĂ©riel granulĂ© biologiquement inerte peut ĂȘtre versĂ© directement sur la blessure pour arrĂȘter le saignement intense presque instantanĂ©ment[2].

Usages domestiques

Les zĂ©olithes sont utilisĂ©es en tant qu'Ă©changeur d'ions dans des applications domestiques telles que la purification ou l’adoucissement de l’eau.

La majeure partie des zĂ©olithes synthĂ©tiques (zĂ©olithe A) est rĂ©servĂ©e au marchĂ© des lessives. En 1992, ce marchĂ© s’élevait Ă  1,44 million de tonnes par an, soit environ un tiers du marchĂ© mondial.

Usages agricoles

Dans l'agriculture, la clinoptilolite (zĂ©olithe naturelle) est employĂ©e pour la fertilisation des sols, car elle fournit une source du potassium (engrais) lentement libĂ©rĂ©. Si elle est prĂ©alablement dopĂ©e avec de l'ammonium, la zĂ©olithe permet aussi une libĂ©ration contrĂŽlĂ©e d'azote. Les rĂ©centes Ă©tudes Cubaines dans le domaine suggĂšrent que certaines cultures peuvent ĂȘtre cultivĂ©es sur des sols composĂ©s de zĂ©olithe (ou d’un mĂ©lange zĂ©olithe-terre) dans lesquels la zĂ©olithe a Ă©tĂ© prĂ©alablement dopĂ©e ou enduite d'engrais et de micro-nutriments.

Substrat pour bonsaĂŻ

La zéolithe est également employée par les amateurs et professionnels du bonsaï (notamment la variété chabazite, également dénommée chabasai du fait d'une consonance plus "nipponne"). Son taux de rétention en eau (de l'ordre de 48%), associé à un drainage efficace et une bonne capacité d'échange cationique (capacité à fixer et redistribuer les éléments nutritifs) en font un substrat aux vertus nombreuses. De plus, la zéolithe reste stable dans le temps et ne se délite pas à l'image de l'akadama. La zéolithe pourrait bien à terme remplacer d'autres substrats importés du Japon et donc plus onéreux. Cependant, la zéolithe demeure difficile d'accÚs pour le simple particulier.

Quelques données économiques

Actuellement, la production annuelle mondiale de zĂ©olithe naturelle est d’environ 4 millions de tonnes. La majoritĂ© de celle-ci, c'est-Ă -dire 2,6 millions de tonnes, est destinĂ©e au marchĂ© Chinois qui est employĂ©e principalement dans l'industrie des ciments. L'Europe de l'Est, l'Europe de l'Ouest, l'Australie, et l'Asie sont les principaux producteurs et fournissent la majeure partie des zĂ©olithes naturelles du marchĂ©. Par comparaison, en 2004, l’AmĂ©rique du Nord produisait seulement 57 400 tonnes de zĂ©olithe naturelle (source : U.S. Geological Survey, 2004) soit seulement environ 1,5% de la production mondiale.

Les différentes zéolithes naturelles

La famille des zĂ©olithes naturelles inclut :


1) Famille des Analcimes :

2) Famille des Chabazites :

3) Famille des Gismondines :

4) Famille des Harmotomes :

5) Famille des Heulandites :


6) Famille des Natrolites :

7) Famille des Stilbites :

8) Non dĂ©terminĂ© :

  • Dachiardite de sodium
  • TĂ©tranatrolite

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie

Notes et références

  1. ↑ Claire I., Fialips et al., Icarus, volume 178, 1st nov. 2005, pages 74-83
  2. ↑ Saved by 'sand' poured into the wounds - health - 16 March 2006 - New Scientist

Voir aussi

Commons-logo.svg

  • Portail de la chimie Portail de la chimie
  • Portail des minĂ©raux et roches Portail des minĂ©raux et roches
Ce document provient de « Z%C3%A9olithe ».

Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Zeolite de Wikipédia en français (auteurs)

Regardez d'autres dictionnaires:

  • Zeolite — e o*lite, n. [Gr. ? to boil + lite: cf. F. z[ e]olithe.] (Min.) A term now used to designate any one of a family of minerals, hydrous silicates of alumina, with lime, soda, potash, or rarely baryta. Here are included natrolite, stilbite,… 
   The Collaborative International Dictionary of English

  • zeolite — [zēâ€Čə lÄ«t΄] n. [Swed zeolit < Gr zein, to boil (see YEAST): from its swelling up when heated] 1. any of a large group of natural hydrous aluminum silicates of sodium, calcium, potassium, barium, etc., chiefly found in cavities in igneous rocks 
   English World dictionary

  • Zeolite — Zeolites (Greek, zein , to boil ; lithos , a stone ) are hydrated aluminosilicate minerals and have a micro porous structure. The term was originally coined in the 18th century by a Swedish mineralogist named Axel Fredrik Cronstedt who observed,… 
   Wikipedia

  • zĂ©olite — zĂ©olithe ou zĂ©olite [ zeɔlit ] n. f. ‱ 1783, 1756; du gr. zeĂŽ, zein « bouillonner » et lithe ♩ MinĂ©r. Silicate naturel hydratĂ© dont les gisements se rencontrent surtout dans les cavitĂ©s des laves basiques. ZĂ©olithes artificielles. ● zĂ©olite ou… 
   EncyclopĂ©die Universelle

  • zeolite — zeolitic /zee euh lit ik/, adj. /zee euh luyt /, n. Mineral. any of a group of hydrated silicates of aluminum with alkali metals, commonly occurring as secondary minerals in cavities in basic volcanic rocks: used for their molecular sieve… 
   Universalium

  • zeolite — Any of a large family of crystalline metal oxide materials characterized by the presence of extensive regular interconnected pore systems. Most are based on mixtures of aluminum and silicon oxides, while others have phosphorous and other elements 
   Petroleum refining glossary

  • zeolite — noun Etymology: Swedish zeolit, from Greek zein to boil + o + Swedish lit lite, from French lite more at yeast Date: circa 1777 any of various hydrous silicates that are analogous in composition to the feldspars, occur as secondary minerals in… 
   New Collegiate Dictionary

  • zeolite — an ammonia removing, ion exchange resin used in freshwater aquaria. It also can act biologically and mechanically. Does not last long and must be regenerated by soaking in a strong salt solution for a day. Particularly useful for temporary… 
   Dictionary of ichthyology

  • zeolite — noun Any of several minerals, aluminosilicates of sodium, potassium, calcium or magnesium, that have a porous structure; they are used in water softeners and in ion exchange chromatography 
   Wiktionary


Share the article and excerpts

Direct link

 Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.