Faujasita

La faujasita (zeolita tipo FAU) es un grupo mineral de la familia de las zeolitas , que son silicatos . Este grupo está compuesto por faujasita-Na, faujasita-Mg y faujasita-Ca. Todas comparten la misma fórmula básica ( Na₂ _{, Ca ,} Mg) ₃ _{, ₅} [ Al₇Si₁₇O₄₈ ] · ₃₂ (H₂O ₎ , variando las cantidades de sodio, magnesio y calcio. ^{[ 1 ]} La faujasita se presenta como un mineral raro en diversas ubicaciones alrededor del mundo.

Los materiales de faujasita se sintetizan industrialmente a gran escala. La faujasita sintética con un contenido relativamente bajo de sílice (Si/Al<2) se denomina zeolita X , mientras que la de alto contenido de sílice (Si/Al>2) se denomina zeolita Y. Además, el aluminio presente en la zeolita Y puede eliminarse mediante tratamiento ácido o con vapor, obteniéndose así la faujasita USY (zeolita Y ultraestable). La USY se utiliza como catalizador en el proceso de craqueo catalítico fluidizado .

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 añadió tras el 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 basálticas y fonolíticas como un mineral de alteración o autigénico . Se encuentra junto con otras zeolitas, olivino , augita y nefelina . ^{[ 3 ]}

La estructura de faujasita ha sido codificada con el código FAU por la Asociación Internacional de Zeolitas. ^{[ 6 ]} Consiste en jaulas de sodalita conectadas mediante prismas hexagonales . El poro, formado por un anillo de 12 miembros, tiene un diámetro relativamente grande de 7,4  Å. La cavidad interna 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.° 227 , ^{[ 7 ]} constante de red 24,7  Å. De los dos tipos (X e Y) de zeolitas codificadas con FAU, la zeolita  Y, que es la que tiene el mayor rango de contenido de sílice a alúmina, tiene una fracción de vacío del 48 % y una relación Si/Al de  2,43. 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 medio básico, como una solución acuosa de hidróxido de sodio , y se cristalizan a temperaturas de entre 70 y 300  °C (generalmente a 100  °C). Tras la cristalización, la faujasita se encuentra en su forma sódica y debe someterse a un intercambio iónico con amonio para mejorar su estabilidad. El ion amonio se elimina posteriormente mediante calcinación, lo que da como resultado la zeolita en su forma ácida. Según la proporción sílice/alúmina de su estructura, las zeolitas de faujasita sintéticas se dividen en zeolitas X e Y. En las zeolitas X, esta proporción se encuentra 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 (generalmente sodio de la solución de NaOH, o amonio o H ⁺ después de los intercambios) en posiciones fuera de la estructura. Estas zeolitas poseen 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 fuera de la estructura. Para el craqueo catalítico , la zeolita Y se utiliza a menudo en una forma intercambiada de tierras raras e hidrógeno. ^{[ 9 ]}

Mediante métodos térmicos, hidrotermales o químicos, se puede eliminar parte de la alúmina de la estructura de la zeolita Y, obteniéndose así zeolitas Y con alto contenido de sílice . Estas zeolitas se utilizan como catalizadores para el craqueo y el hidrocraqueo . La dealuminación completa da como resultado una faujasita-sílice. ^{[ 9 ]}

La faujasita se utiliza sobre todo como catalizador en el craqueo catalítico fluidizado para convertir fracciones de alto punto de ebullición del crudo de petróleo 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 su 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 de tipo X se puede utilizar para adsorber selectivamente CO ₂ de corrientes de gas ^{[ 11 ]} y se utiliza en la prepurificación del aire para la separación de aire industrial.

Debido a su estructura, comportamiento y propiedades ampliamente conocidas, la faujasita se usa a menudo como estándar en estudios catalíticos y de (ad/des)sorción en zeolitas, junto con MFI, FER y CHA ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

• Zeolita Cu Y , derivados con alto contenido de sílice y que contienen cobre del grupo mineral faujasita.

• Subhash Bhatia, Catálisis con zeolitas: principios y aplicaciones, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1990.
• Ribeiro, FR, et al., ed., Zeolitas: ciencia y tecnología, Martinus Nijhoff Publishers, La Haya, 1984.

• Tipo de estructura FAU