Zeoliet

For English click here

Chemie
De zeoliet-groep is een grote groep waar veel bekende en minder bekende mineralen onder vallen. Maar wat maakt een zeoliet nu een zeoliet? Een bijzondere eigenschap van mineralen die tot de zeoliet groep behoren is dat ze allemaal vrij poreus zijn. Dat klink misschien wat vreemd, want bij poreus komt al snel een beeld van iets met een sponsachtige structuur naar boven, iets met gaatjes dat zich makkelijk volzuigt met water. Bij zeolieten moeten we voor deze poreuze structuur naar de opbouw van de kristalstructuur kijken. Op moleculair niveau dus. De basis van een zeoliet bestaat uit de elementen zuurstof, silicium en aluminium. Deze drie basiselementen vormen tetraëders. Een tetraëder is een zogenaamd ‘viervlak’, makkelijk uitgelegd een piramide met als basis een driehoek in plaats van een vierkant.

Het bestaat dus uit vier gelijkzijdige driehoeken. Verschillende van deze tetraëders vormen samen een raster waarbij ze met de hoekpunten aan elkaar vastzitten. Daartussen is ruimte en die ruimte kan worden opgevuld met water of andere moleculen. Er ontstaan een soort ‘kanaaltjes’ in de microstructuur van het kristal waar ze zich vrij door kunnen bewegen. Denk nu niet dat er hele stromen water door je steen lopen of dat er een landschap aan watervalletjes inzit. Nee, dit alles vindt plaats op microscopisch niveau, het gaat om moleculen, niet om zichtbare waterstromen. 

Geschiedenis
Het verhaal gaat dat de Zweedse mineraloog Cronstedt bij het verhitten van zeoliet materiaal (mogelijk stilbiet) zag dat er stoom vrijkwam. Dit was water dat zat opgesloten in de steen. Dat is waar hij de naam zeoliet op baseerde. Zeo- komt van het Griekse ζέω, koken en -liet van λίθος, lithos, steen. De eerste zeolieten die beschreven werden zijn chabaziet, stilbiet, harmotoom en analciem. Leuciet hoort eigenlijk ook in dit rijtje thuis, maar werd later geschrapt als zeoliet. Er is nog enige discussie over of het nu wel weer tot de zeolieten mag horen, of een veldspaat-vervanger blijft. Tegenwoordig zie je vaak dat de mineraalnaam gevolgd wordt door een afkorting van een element. Dat is om binnen een mineraal onderscheid te maken tussen variaties waarbij een bepaald element dominant aanwezig is. Zo bestaat bijvoorbeeld stilbiet-Ca (stilbiet met meer calcium) en stilbiet-Na (stilbiet met meer natrium). Er is een commissie die zich bezighoudt met enkel naamgeving en definities van zeolieten. Het probleem is dat er een aantal mineralen zijn die strikt genomen wel binnen de huidige definitie van wat een zeoliet is vallen, maar er (nog) niet toe gerekend worden in de classificatie.

Geologie
Er bestaan ontzettend veel zeolieten. We kennen ruim 50 natuurlijke zeolieten en meer dan 200 synthetische zeoliet-structuren. Bekendere zeoliet mineralen zijn onder meer chabaziet, scoleciet, thomsoniet, analciem, stilbiet, heulandiet en natroliet. Natuurlijke zeolieten vinden we vooral in vulkanisch gesteente, maar ook in afzettingsgesteente komen ze voor. Zeolieten zijn secundaire mineralen, dat wil zeggen dat ze niet direct in vulkanisch gesteente groeien, maar meestal na omzetting. De enige uitzondering hierop zou het mineraal analciem kunnen zijn. Deze wordt vermoedelijk als enige in zeldzame gevallen primair, dus direct na stolling in het vulkanische gesteente gevormd. De meeste zeolieten zijn omzettingen van vulkanische glas of soms van andere mineralen, zoals kleimineralen, veldspaat en bepaalde vormen van kwarts/silica. Niet alle zeolieten zijn stabiel. Bij hoge temperatuur kunnen ook deze weer omzetten naar andere, meer stabiele zeolieten. Zeolieten komen veel voor in gebieden waar de aanwezigheid van magma het bovenliggende gesteente verwarmd, waardoor water wat in het gesteente sijpelt ook verwarmd wordt. Deze gebieden noemen we ‘geothermal fields’.

Geothermal wil zeggen aardwarmte. Voorbeelden van dit soort gebieden zijn IJsland, Yellowstone en de Eifel. Door de warmte vindt er circulatie plaats van water in het gesteente. In dit water zitten elementen opgelost die afgezet worden in holtes en spleten. Daar groeien dan de zeoliet-mineralen. Deze zeoliet vorming noemen we hydrothermaal. De temperatuur in het gesteente bepaalt grotendeels welke zeoliet-mineralen gevormd kunnen worden. Andere factoren die meespelen zijn onder meer de samenstelling en porositeit van het gesteente.

Toepassingen
Vanwege de open raster-structuur van zeolieten zijn ze zeer geschikt voor tal van toepassingen in ons dagelijks leven. Eén van de eigenschappen is dat ze kunnen dienen als een zogenaamde ‘moleculaire zeef’. Je weet wat een zeef doet… materiaal fijner dan de mazen van de zeef valt er door en dikkere stukken blijven achter op de zeef. Zo filter je grof van fijn materiaal, bijvoorbeeld zand. Een zeoliet kan ditzelfde doen, maar dan op moleculair niveau. Niet ieder atoom of molecuul is even groot. Atomen en moleculen die kleiner zijn dan de moleculaire rasters in de zeoliet worden opgenomen en doorgelaten. Te grote atomen en moleculen kunnen niet worden opgenomen door de zeoliet en worden gescheiden van de kleinere. Aangezien de interne structuur van natuurlijke zeolieten niet 100% regelmatig en cilindrisch is, mede doordat er verontreinigingen aanwezig zijn in het kristalrooster of er een bepaalde druk staat op de binding, gebruikt men hiervoor het liefst synthetische zeolieten. Zo kan het zijn dat je zeolieten vindt in kattenbakgrit, wasmiddel, luiers, geurvreters, gezichtscrème, tandpasta, cement, zonnecollectoren, asfalt, kunstmest en allerhande filters. Zeolieten filteren water en maken hard water zacht. De Maya’s gebruikten zeolieten al om water te filteren. Een andere zeer belangrijke toepassing van zeolieten zien we in olie raffinaderijen. Zeolieten kunnen vloeistoffen sneller helpen ‘kraken’, uit elkaar laten vallen in afzonderlijke stoffen. Deze eigenschap is erg handig om van ruwe olie bruikbare en verwerkbare producten te maken. Er wordt zelfs onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om zeolieten in te zetten bij de opslag van radioactief afval en de kleinere radioactieve deeltjes op te laten nemen in zeoliet. Wanneer deze dan behandeld wordt en geperst kan het radioactieve afval in een keihard blok zeoliet opgesloten worden. Na de kernramp in Fukushima in 2011 werden zakken met zeoliet in het zeewater gegooid om radioactieve cesium deeltjes uit het water te filteren.

De wetenschap is nog volop bezig om de mogelijkheden die zeolieten bieden uit te diepen. Er bestaan talloze hypothetische zeoliet-structuren die mogelijk zouden moeten zijn, maar nog niet fysiek gemaakt kunnen worden. Gezien de inzetbaarheid van dit materiaal zal men ongetwijfeld naar nieuwe zeoliet-structuren zoeken en naar manieren om deze te maken en in te zetten. Natuurlijke zeolieten zijn hierbij ondergeschikt aan synthetische. Toch wordt er op grote schaal natuurlijke zeoliet gewonnen. Daarbij gaat het vooral om clinoptiloliet en mordeniet, maar ook andere zeolieten zijn commercieel interessant. Voornamelijk als bouwmateriaal, cement. Koplopers in het winnen van natuurlijke zeoliet zijn China, Jordanië, Korea, Japan, India en Turkije. Bijna alle zeolieten die je op dit moment als verzamelstukken in de handel ziet zijn afkomstig uit het Poona District in India. Hier ligt een gigantisch groot gebied dat bestaat uit basalt en bekend is onder de naam ‘Deccan Traps’.
In Europa komen ook op veel plekken zeolieten voor. De bekendste zijn de Eifel in Duitsland, het eiland Skye in Schotland en IJsland.
Tegenwoordig zijn er verschillende aanbieders van zeoliet-detox producten die beloven dat het je lichaam reinigt. Dan neem je bijvoorbeeld capsules met kleipoeder vermengd met zeolieten in. De positieve effecten hiervan zijn niet bewezen. Wel ons onderzocht dat in de klei soms verontreiniging van zware metalen voor kan komen.

Fakes & frauds
Er zijn mij op dit moment geen imitaties van zeolieten bekend. Wel zijn er verschillende ‘knutsel’ zeolieten in de handel. Bij deze stukken worden verschillende zeolieten en daarbij voorkomende mineralen op een matrix bij elkaar geplakt. Deze stukken zijn niet altijd even makkelijk te herkennen. Een UV lamp kan uitkomst bieden om lijmresten te herkennen.

Wat we wel veel zien is dat mineralen ‘zeoliet’ genoemd worden, terwijl ze dat niet zijn. Zo wordt apofylliet vaak als zeoliet benoemd. Apofylliet komt veel voor samen met zeoliet-mineralen, maar is zelf geen zeoliet. Ook zien we de laatste tijd veel kwarts/amethist stukken met zogenaamde ‘druzy’ of kwartsbloem groei bestempeld worden als zeoliet. Deze stukken komen uit Brazilië en zijn geen zeolieten.

Bronnen:
Coombs D.S., Alberti A., Armbruster Th, et al. Recommended nomenclature for zeolite minerals: report of the subcommittee on zeolites of the international mineralogical association, commission on new minerals and mineral names. Can. Mineral. 1997; 35: 1571-1606
Marantos I, Christidis GE, Ulmanu M. Zeolite formation and deposits, 2012