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沸石百科

什么是沸石?沸石简介

作者:admin日期:2018-06-14阅读
沸石简介
沸石是一族具架状结构的多孔性含水硅酸盐矿物的总称,包括30多种含沸石水的钙、钠、钡、钾的铝硅酸盐矿物,其化学通式为:
x[(M+,M2+1/2) AlO2]·y(SiO2)·zH2O
式中M+和M2+代表碱金属和碱土金属离子。由此看出,沸石的化学成分实际上是由SiO2、Al2O3、H2O和碱或碱土金属离子四部分组成。在不同的沸石矿物中,硅和铝的比值(y/x)不一样。根据硅铝比值的不同,沸石族矿物可划分为高硅沸石(SiO2/ Al2O3>8)、中硅沸石(SiO2/ Al2O3=4~8)和低硅沸石(SiO2/ Al2O3<4)。
    我国沸石资源丰富,主要分布于中生代火山活动区,赋存于侏罗系、自垩系地层中。
我国已开发的主要沸石矿床有:浙江缙云老虎头、天井山混合型沸石岩矿床;河北赤城独石口斜发沸石岩矿床;河北围场鹿圈斜发沸石岩矿床;山东潍县涌泉庄丝光沸石、斜发沸石岩矿床;山东莱阳白藤口丝光沸石岩矿床;山东莱西斜发沸石、丝光沸石岩矿床;河南信阳上天梯斜发沸石岩矿床:黑龙江海林斜发沸石岩矿床;黑龙江嫩江大石砬子斜发沸石岩矿床;辽宁彰武罗锅沟丝光沸石岩矿床;吉林九台银矿山混合型沸石岩矿床;辽宁北票斜发沸石岩矿床;内蒙古呼和浩特郊区陶卜齐丝光沸石岩矿床。
 
 
性质结构
沸石的密度为1.92~2.80g/cm3,莫氏硬度5~5.5,无色,有时为肉红色和其他浅色。
沸石的化学组成十分复杂,因种类不同有很大差异。一般化学式为AmBpO2p·nH2O,结构式为Ax/q[(AlO2)x(SiO2)y]nH2O,其中A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子;B为Al和Si;q为阳离子电价;m为阳离子数;n为水分子数;x为Al原子数;y为Si原子数;y/x通常在1~5之间;(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。例如,斜发沸石的化学式为:(Na,K,Ca)2~3[Al3(Al,Si)2Si13O36]·12H2O,丝光沸石的化学式为:Na2Ca[AlSi5O12]4·12H2O。
沸市石的结构一般由三维硅(铝)氧格架组成,硅(铝)氧四面体是沸石骨架中最基本的结构单元,四面体中每个硅(或铝)原子周围有四个氧原子形成四面体配位。硅氧四面体中的硅可被铝原子置换而构成铝氧四面体,为了补偿电荷的不平衡,一般由碱金属或碱土金属离子来补偿,如Na、Ca及Sr 、K、Ba、Mg等金属离子。沸石的结构水和一般结构水(OH)不同,由于其作为水分子存在,故沸石水在特定温度下加热、脱水后结构不破坏,原水分子的位置仍留有空隙,形成海绵晶格一样的结构,具有将水分子和气体再吸入空隙的特性。
在沸石的种属中,以丝光沸石和斜发沸石工业意义最大。
沸石的晶体结构由[SiO4]或[AlO4](Al置换Si形成)四面体单元共角顶连接成的空间网络所构成,具有微孔孔道,为了平衡因Al置换Si出现的电荷不平衡,其孔道中需填充金属阳离子,并且这些阳离子往往具有可交换性。
沸石的独特结构使其具有独特的物化特性,主要有离子交换性、吸附分离性(如选择性吸附性能)、催化性(可作催化剂及催化剂载体)、化学稳定性(天然沸石具有良好的热稳定性、耐酸性)、可逆的脱水性、电导性等。另外,沸石还有一种包胶气体的特性,即温度升高时沸石空腔变大而进入分子,冷却时进入的分子被截留,截留的组分以很高的密度长期保存,直到加热释放。
 
工业要求
主要以K+或NH4+的交换能力,确定沸石矿物在矿石中的含量。
(一)边界指标(相当于边界品位)
K+交换量>10mg/g±,或NH4+交换量>100mL/100g±(相当沸石总量的40%±);
(二)工业指标(相当于最低工业品位)
K+交换量>13mg/g±,或NH4+交换量>130mL/100g(相当沸石总量的55%±)
K+交换量<13mg/g,但NH4+交换量>130mL/100g的矿石,另外圈出,单独计算储量,但应尽可能确定沸石矿物的种属;
    矿石中K+交换量为l0~13mg/g、NH4+交换量为100~130 mL/100g±者,所计储量列为表外;
矿床最低可采厚度为2m,夹石剔除厚度大于或等于lm。
 
用途作用
由于沸石具有独特的内部结构和物理化学特性,在石油化工、轻工、环保、建材、农牧业等得到了广泛应用。表2所列为其主要应用领域和用途。
沸石具有离子交换性和吸附性,因而被广泛应用于农业、石油化工、环境保护、海水提钾、水处理、高分子化工、水泥、食品、造纸、电子以及建材工业等方面。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掺合料,起到降低水泥用量、发挥和改善各种功能的作用。利用沸石的离子交换性和吸附选择性,将具有抗菌功能的纳米尺度单元物质在沸石的微孔孔道和空隙中进行组装复合,可制备空气净化功能材料。
 
沸石的应用领域主要用途
建材:
水泥掺合料、轻骨料、轻质高强硅钙板、轻质陶瓷制品、轻质建材砌块、建筑灰膏、建筑石料、无机发泡材料、多孔混凝土、混凝土固化剂等。
化工:
干燥剂、吸附分离剂、分子筛(对气体、液体进行分离、净化和提纯)、石油的催化、裂化和催化剂载体等
环保:
废水、废气和放射性废物的处理,除去或回收重金属离子,除氟改良土壤,硬水软化,海水淡化,海水提钾等。
农牧业:
土壤改良剂(保持肥效)、农药和化肥的载体和缓释剂、饲料添加剂等。
其他:
造纸、塑料、涂料等的无机填料。
 
    各用途对时分彩票网的质量要求包括:沸石的种类、矿物组成、化学组成、孔径和孔体积、比表面积、离子交换能力、热稳定性、耐酸性、吸附性能、白度等。但由于沸石品种繁多,到目前为止国家及有关部门尚未制定统一的天然时分彩票网标准。对天然沸石的质量要求因用途而异,其主要几项工业要求如下:
目前用于水泥及混凝土,一般以斜发沸石、丝光沸石等高硅沸石为主,沸石含量要求大于40%。其它工业用途一般要求沸石含量50~70%以上。国外将含量低于60%的定为低品位沸石矿。
沸石种类不同,对SO2和CO2等分子的吸附能力不同。如X型分子筛,虽然吸附量大,但耐酸性差;合成丝光沸石虽耐酸性好,但对SO2的吸附性小;天然丝光沸石耐酸、耐高温,适于酸性介质中使用,对SO2和CO2等有较高的吸附能力。缙云丝光沸石对SO2的饱和吸附量为200mg/g,对CO2的饱和吸附量为81.3mg/g。
对化学成分的要求主要是SiO2和Al2O3等,因SiO2和Al2O3的含量及比值直接影响沸石的离子交换能力和物理性质。