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ゼオライトとは

ゼオライト(Zeolite)はギリシャ語の沸騰する石という意味。 吹管でふくれてとけ、水蒸気を出す事に由来。
化学組成は、アルカリまたはアルカリ土類のアルミノケイ酸塩で多少の水分子を結晶格子中に主成分として含んでいる。
例)clinoptiloliteの化学式 (Ca,Na2)〔Al2Si7O18〕・16H2O

結晶水は加熱または減圧により比較的容易に一部または全部、脱離し、しかも結晶構造は本質的に変わらない。
アルカリ又はアルカリ土類陽イオンがイオン交換する。
天然ゼオライトと合成ゼオライトがある。
天然ゼオライトで60種以上の種類がある(2000年時点)。

ゼオライト
クリノプチロライト(左)とモルデナイト(右)

ゼオライトの成因

海底又は陸上の水底に堆積した堆積物は、上部に積み重なる堆積物による圧縮作用や各種の無機物、有機物に膠結作用によって次第に固化して堆積岩に変化していく(続成作用)。
この続成作用には同化作用、交代作用、一部の変質作用も含む。

温度と圧力の上昇により特定の状態を超えた場合堆積物中の最も不安定である火山ガラスから変質を始める。十分な水、特定の物理化学的条件化で火山ガラスからゼオライトが晶出する。

以上の結果、凝灰岩の一部がゼオライト岩に変化する。 これらの作用には炭酸塩鉱物、粘土鉱物、タンパク質等の晶出も伴われる。

国内産出ゼオライトの特性

日本国内は賦存量が豊富。
利用面及び産出量を考慮すると、クリノプチロライト(clinoptilolite)とモルデナイト(mordenite)が実用性に優れている。
北海道、東北、北関東、中国地域で多産 微細ゼオライト結晶と共生鉱物の集合体である為、反応界面が多く、水溶液との反応性に優れている。

日本国内における天然ゼオライトの主な種類と産地

産地
■クリノプチロライト(Clinoptilolite)
斜プチロル沸石とも称される。
化学式(Ca,Na2)〔Al2Si7O18〕・16H2O

化学組成上は3種類(Na型、K型、Ca型)に分類される。
例)二ツ井産=Na型
 板谷産=K型
 石見太田産、鹿児島郡山産=Ca型

共生鉱物:石英(quartz)、長石(feldspar)、オパール石(opal)、モンモリロ石(montmorillonite)、モルデナイト(mordenite)
■モルデナイト(mordenite)
モルデン沸石とも称される。
化学式(Ca,K2,Na2)〔AlSi5O12〕2・7H2O

白色繊維状
ベントナイト層に伴って産出する場合と単独な場合がある。

共生鉱物:石英(quartz)、長石(feldspar)、オパール石(opal)、モンモリロ石(montmorillonite)、クロライト(chlorite)、イライト(illite)、クリノプチロライト(clinoptilolite)

東北・北関東地域の主な産地

東北~北関東地域では、良質で品質が安定したゼオライトを豊富に産出しています。

産地
■上愛子地区
仙台市上愛子倉内大森囲において中新世に属する凝灰岩層を採掘製品とする。
沸石はモルデン沸石を主とするゼオライトであって土壌改良資材、吸着剤、脱臭剤、工業資材、特殊建築資材などとして利用される。
■白石地区
宮城県白石市川原子産出の新第三紀中新世に属する凝灰岩を採掘し、採掘場に近接する粉砕工場において製品とする。
沸石鉱物はモルデン沸石を主とする。土壌改良資材、畜産用、猫砂などに利用されている。
■飯坂地区
福島県福島市桑折町において白石地区と同様のモルデン沸石を主とする凝灰岩を採掘し、飯坂工場において粉砕し、ゼオライト製品として、白石地区産出の製品と同様な用途に向け供給する。
■板谷地区
山形県米沢市板谷の採掘場において採掘を行い、隣接するゼオライト粉砕工場にて製品とする。ゼオライト層は中新世板谷層中に存在するレンズ状凝灰岩層であり斜プチロル沸石を主とし少量のモルデン沸石を伴う。
■二ツ井地区、矢沢木地区、板戸地区、西会津地区、大谷地区 ほか

ゼオライトの一般的構造

AlO4四面体には1個の負電荷を持つ為、これに対応する金属イオンが結合し、さらに結晶水が金属イオンの静電気的引力により保持されている。
ゼオライトの一般式 MⅠ:一価の金属イオン、MⅡ:二価の金属イオン ( MⅠ2, MⅡ )O・Al2O3・n SiO2・m H2O

ゼオライトの一般的構造

イオン化反応が高いものが低いものに置き換えられる。
イオン交換の選択優位性
Li<Na<K<Rb<Cs (アルカリ金属)
Be<Mg<Ca<Sr<Ba (アルカリ土類金属)
比較的イオン交換の選択性は優位 ⇒ ゼオライトへ吸着される

引用文献

  • ・ゼオライトとその利用編集委員会『ゼオライトとその利用』(技報堂,1967)
  • ・日本学術振興会第111委員会『天然ゼオライトの特性と利用』(東京大学出版会,1994)
  • ・日本学術振興会第111委員会・天然ゼオライト利用研究分科会『天然ゼオライトー利用にあたっての品質評価基準ー』(日本学術振興会第111委員会天然ゼオライト利用研究分科会,2006)

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