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沸石百科

什么是沸石?沸石簡介

作者:admin日期:2018-06-14閱讀
沸石簡介
沸石是一族具架狀結構的多孔性含水硅酸鹽礦物的總稱,包括30多種含沸石水的鈣、鈉、鋇、鉀的鋁硅酸鹽礦物,其化學通式為:
x[(M+,M2+1/2) AlO2]·y(SiO2)·zH2O
式中M+和M2+代表堿金屬和堿土金屬離子。由此看出,沸石的化學成分實際上是由SiO2、Al2O3、H2O和堿或堿土金屬離子四部分組成。在不同的沸石礦物中,硅和鋁的比值(y/x)不一樣。根據硅鋁比值的不同,沸石族礦物可劃分為高硅沸石(SiO2/ Al2O3>8)、中硅沸石(SiO2/ Al2O3=4~8)和低硅沸石(SiO2/ Al2O3<4)。
    我國沸石資源豐富,主要分布于中生代火山活動區,賦存于侏羅系、自堊系地層中。
我國已開發的主要沸石礦床有:浙江縉云老虎頭、天井山混合型沸石巖礦床;河北赤城獨石口斜發沸石巖礦床;河北圍場鹿圈斜發沸石巖礦床;山東濰縣涌泉莊絲光沸石、斜發沸石巖礦床;山東萊陽白藤口絲光沸石巖礦床;山東萊西斜發沸石、絲光沸石巖礦床;河南信陽上天梯斜發沸石巖礦床:黑龍江海林斜發沸石巖礦床;黑龍江嫩江大石砬子斜發沸石巖礦床;遼寧彰武羅鍋溝絲光沸石巖礦床;吉林九臺銀礦山混合型沸石巖礦床;遼寧北票斜發沸石巖礦床;內蒙古呼和浩特郊區陶卜齊絲光沸石巖礦床。
 
 
性質結構
沸石的密度為1.92~2.80g/cm3,莫氏硬度5~5.5,無色,有時為肉紅色和其他淺色。
沸石的化學組成十分復雜,因種類不同有很大差異。一般化學式為AmBpO2p·nH2O,結構式為Ax/q[(AlO2)x(SiO2)y]nH2O,其中A為Ca、Na、K、Ba、Sr等陽離子;B為Al和Si;q為陽離子電價;m為陽離子數;n為水分子數;x為Al原子數;y為Si原子數;y/x通常在1~5之間;(x+y)是單位晶胞中四面體的個數。例如,斜發沸石的化學式為:(Na,K,Ca)2~3[Al3(Al,Si)2Si13O36]·12H2O,絲光沸石的化學式為:Na2Ca[AlSi5O12]4·12H2O。
沸市石的結構一般由三維硅(鋁)氧格架組成,硅(鋁)氧四面體是沸石骨架中最基本的結構單元,四面體中每個硅(或鋁)原子周圍有四個氧原子形成四面體配位。硅氧四面體中的硅可被鋁原子置換而構成鋁氧四面體,為了補償電荷的不平衡,一般由堿金屬或堿土金屬離子來補償,如Na、Ca及Sr 、K、Ba、Mg等金屬離子。沸石的結構水和一般結構水(OH)不同,由于其作為水分子存在,故沸石水在特定溫度下加熱、脫水后結構不破壞,原水分子的位置仍留有空隙,形成海綿晶格一樣的結構,具有將水分子和氣體再吸入空隙的特性。
在沸石的種屬中,以絲光沸石和斜發沸石工業意義最大。
沸石的晶體結構由[SiO4]或[AlO4](Al置換Si形成)四面體單元共角頂連接成的空間網絡所構成,具有微孔孔道,為了平衡因Al置換Si出現的電荷不平衡,其孔道中需填充金屬陽離子,并且這些陽離子往往具有可交換性。
沸石的獨特結構使其具有獨特的物化特性,主要有離子交換性、吸附分離性(如選擇性吸附性能)、催化性(可作催化劑及催化劑載體)、化學穩定性(天然沸石具有良好的熱穩定性、耐酸性)、可逆的脫水性、電導性等。另外,沸石還有一種包膠氣體的特性,即溫度升高時沸石空腔變大而進入分子,冷卻時進入的分子被截留,截留的組分以很高的密度長期保存,直到加熱釋放。
 
工業要求
主要以K+或NH4+的交換能力,確定沸石礦物在礦石中的含量。
(一)邊界指標(相當于邊界品位)
K+交換量>10mg/g±,或NH4+交換量>100mL/100g±(相當沸石總量的40%±);
(二)工業指標(相當于最低工業品位)
K+交換量>13mg/g±,或NH4+交換量>130mL/100g(相當沸石總量的55%±)
K+交換量<13mg/g,但NH4+交換量>130mL/100g的礦石,另外圈出,單獨計算儲量,但應盡可能確定沸石礦物的種屬;
    礦石中K+交換量為l0~13mg/g、NH4+交換量為100~130 mL/100g±者,所計儲量列為表外;
礦床最低可采厚度為2m,夾石剔除厚度大于或等于lm。
 
用途作用
由于沸石具有獨特的內部結構和物理化學特性,在石油化工、輕工、環保、建材、農牧業等得到了廣泛應用。表2所列為其主要應用領域和用途。
沸石具有離子交換性和吸附性,因而被廣泛應用于農業、石油化工、環境?;?、海水提鉀、水處理、高分子化工、水泥、食品、造紙、電子以及建材工業等方面。其中在建材方面,沸石主要在水泥中作活性混合料和在混凝土中作摻合料,起到降低水泥用量、發揮和改善各種功能的作用。利用沸石的離子交換性和吸附選擇性,將具有抗菌功能的納米尺度單元物質在沸石的微孔孔道和空隙中進行組裝復合,可制備空氣凈化功能材料。
 
沸石的應用領域主要用途
建材:
水泥摻合料、輕骨料、輕質高強硅鈣板、輕質陶瓷制品、輕質建材砌塊、建筑灰膏、建筑石料、無機發泡材料、多孔混凝土、混凝土固化劑等。
化工:
干燥劑、吸附分離劑、分子篩(對氣體、液體進行分離、凈化和提純)、石油的催化、裂化和催化劑載體等
環保:
廢水、廢氣和放射性廢物的處理,除去或回收重金屬離子,除氟改良土壤,硬水軟化,海水淡化,海水提鉀等。
農牧業:
土壤改良劑(保持肥效)、農藥和化肥的載體和緩釋劑、飼料添加劑等。
其他:
造紙、塑料、涂料等的無機填料。
 
    各用途對沸石產品的質量要求包括:沸石的種類、礦物組成、化學組成、孔徑和孔體積、比表面積、離子交換能力、熱穩定性、耐酸性、吸附性能、白度等。但由于沸石品種繁多,到目前為止國家及有關部門尚未制定統一的天然沸石產品標準。對天然沸石的質量要求因用途而異,其主要幾項工業要求如下:
目前用于水泥及混凝土,一般以斜發沸石、絲光沸石等高硅沸石為主,沸石含量要求大于40%。其它工業用途一般要求沸石含量50~70%以上。國外將含量低于60%的定為低品位沸石礦。
沸石種類不同,對SO2和CO2等分子的吸附能力不同。如X型分子篩,雖然吸附量大,但耐酸性差;合成絲光沸石雖耐酸性好,但對SO2的吸附性??;天然絲光沸石耐酸、耐高溫,適于酸性介質中使用,對SO2和CO2等有較高的吸附能力。縉云絲光沸石對SO2的飽和吸附量為200mg/g,對CO2的飽和吸附量為81.3mg/g。
對化學成分的要求主要是SiO2和Al2O3等,因SiO2和Al2O3的含量及比值直接影響沸石的離子交換能力和物理性質。


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