La faujasita (zeolita de tipo FAU) es un grupo mineral de la familia de las zeolitas , que pertenece a los silicatos . El grupo está formado por faujasita-Na, faujasita-Mg y faujasita-Ca. Todas ellas comparten la misma fórmula básica ( Na2 , Ca ,Mg) 3,5 [ Al7Si17O48 ] ·32(H2O ) al variar las cantidades de sodio, magnesio y calcio . [1] La faujasita se presenta como un mineral raro en varios lugares del mundo.
Los materiales de faujasita se sintetizan ampliamente a nivel industrial. La faujasita sintética con un contenido relativamente bajo de sílice (Si/Al<2) se denomina Zeolita X y la que tiene un alto contenido de sílice (Si/Al>2) se denomina Zeolita Y. Además, el componente de aluminio de la zeolita Y se puede eliminar mediante tratamiento con ácido o vapor, y la faujasita resultante se denomina USY (zeolita Y ultraestable). La USY se utiliza en el proceso de craqueo catalítico fluido como catalizador.
La faujasita fue descrita por primera vez en 1842 a partir de un yacimiento en las canteras de Limberg, Sasbach , Kaiserstuhl , Baden-Württemberg , Alemania . El modificador de sodio faujasita-Na se agregó después del descubrimiento de las fases ricas en magnesio y calcio en la década de 1990. Recibió su nombre en honor a Barthélemy Faujas de Saint-Fond (1741-1819), geólogo y vulcanólogo francés. [4] [5]
La faujasita se presenta en vesículas dentro de lavas y tobas de basalto y fonolita como mineral de alteración o autigénico . Se presenta con otras zeolitas, olivino , augita y nefelina . [3]
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La estructura de faujasita ha recibido el código FAU de la Asociación Internacional de Zeolitas. [6] Consiste en jaulas de sodalita que están conectadas a través de prismas hexagonales . El poro, que está formado por un anillo de 12 miembros, tiene un diámetro relativamente grande de 7,4 Å. La cavidad interior tiene un diámetro de 12 Å y está rodeada por 10 jaulas de sodalita. La celda unitaria es cúbica; símbolo de Pearson cF576, simetría F d 3 m, n.º 227 , [7] constante reticular 24,7 Å. De los dos tipos (X e Y) de zeolitas codificadas con FAU, la zeolita Y, que es la que tiene el rango más alto de contenido de sílice a alúmina, tiene una fracción de huecos del 48% y una relación Si/Al de 2,43. [ cita requerida ] Se descompone térmicamente a 793 °C. [8]
La faujasita se sintetiza, al igual que otras zeolitas, a partir de fuentes de alúmina como el aluminato de sodio y fuentes de sílice como el silicato de sodio . También se utilizan otros aluminosilicatos como el caolín . Los ingredientes se disuelven en un entorno básico como una solución acuosa de hidróxido de sodio y se cristalizan a una temperatura de entre 70 y 300 °C (normalmente a 100 °C). Tras la cristalización, la faujasita se encuentra en su forma de sodio y debe someterse a un intercambio iónico con amonio para mejorar su estabilidad. El ion amonio se elimina posteriormente mediante calcinación , lo que convierte la zeolita en su forma ácida. Según la relación sílice-alúmina de su estructura, las zeolitas sintéticas de faujasita se dividen en zeolitas X e Y. En las zeolitas X, esa relación está entre 2 y 3, mientras que en las zeolitas Y es de 3 o superior. Las cargas negativas de la estructura se equilibran con las cargas positivas de los cationes (normalmente sodio de la solución de NaOH, o amonio o H + después de los intercambios) en posiciones que no forman parte de la estructura. Estas zeolitas tienen propiedades de intercambio iónico, catalíticas y de adsorción. La estabilidad de la zeolita aumenta con la relación sílice-alúmina de la estructura (regla de Lowenstein). También se ve afectada por el tipo y la cantidad de cationes ubicados en posiciones que no forman parte de la estructura. Para el craqueo catalítico , la zeolita Y se utiliza a menudo en una forma intercambiada con hidrógeno y tierras raras. [9]
Mediante el uso de métodos térmicos, hidrotérmicos o químicos, se puede eliminar parte de la alúmina de la estructura de la zeolita Y, lo que da como resultado zeolitas Y con alto contenido de sílice. Estas zeolitas se utilizan en catalizadores de craqueo e hidrocraqueo . La desaluminación completa da como resultado faujasita-sílice. [9]
La faujasita se utiliza sobre todo como catalizador en el craqueo catalítico de fluidos para convertir fracciones de petróleo crudo con alto punto de ebullición en gasolina, diésel y otros productos más valiosos. La zeolita Y ha sustituido a la zeolita X en este uso porque es más activa y más estable a altas temperaturas debido a la mayor relación Si/Al. También se utiliza en las unidades de hidrocraqueo como soporte de platino/paladio para aumentar el contenido aromático de los productos de refinería reformulados. [10]
La zeolita tipo X se puede utilizar para adsorber selectivamente CO2 de corrientes de gas [11] y se utiliza en la prepurificación del aire para la separación industrial del aire.
Debido a su estructura, comportamiento y propiedades ampliamente conocidos, la faujasita se utiliza a menudo como estándar en estudios catalíticos y de (ad/des)sorción en zeolitas, junto con MFI, FER y CHA [12] [13] [14] [15]