沸石是一种由多孔穴或通道构成架状结构的硅铝酸盐矿物, 其孔穴或通道的孔径大小与一般分子大小相当, 能用来筛分不同大小的流体分子, 这种作用是沸石又被叫做沸石分子筛、分子筛沸石或分子筛等的由来。
沸石骨架中的每一个氧原子都为相邻的两个四面体所共用, 这种结构形成了可为阳离子和水分子等占据的孔穴, 这些阳离子和水分子又具有较大的可迁移性, 能进行离子交换和可逆脱水, 此外沸石还具有较强的热稳定性、耐酸性、耐辐射性等。
沸石已被广泛用于化学、医药、农林、环境保护等领域, 是用途广泛的非金属矿物品种之一。
1 我国沸石资源状况
沸石按来源分为天然和合成沸石。其中合成沸石具有纯度更高、性能可控的特点, 多用于催化剂载体、洗涤助剂等, 常见品种有3A、4A、SA、13 X、10 X 等。我国是天然沸石资源和品种较为丰富的国家, 相继发现沸石岩产地4 0 0 多处, 广泛分布在我国的东部和中部地区等的21 个省、自治区。目前已发现的沸石品种有斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、方沸石、片沸石、钙十字沸石、钙甲十字沸石、辉沸石、浊沸石、钠沸石等10多种。利用以斜发沸石为主, 丝光沸石次之。
我国比较著名的矿区(矿山)有:
(1)浙江省给云县老虎头、天井山混合型沸石岩矿区(“ 混合型” 意指同一矿体或同一矿石中由斜发沸石和丝光沸石二者组成的混合型矿床) .
(2) 河北省赤城县独石口斜发沸石岩矿区;
(3) 河北省围场鹿圈斜发沸石岩矿区,
(4) 山东省潍县涌泉庄丝光沸石和斜发沸石岩矿区;
(5) 山东省莱阳县白藤口丝光沸石岩矿区;
(6) 山东省莱西县斜发沸石和丝光沸石岩矿山;
(7) 黑龙江省海林斜发沸石岩矿区;
(8) 黑龙江省嫩江县大石粒子斜发沸石岩矿区.
(9) 河南省信阳上天梯斜发沸石矿区,
(10) 辽宁省北票斜发沸石岩矿山;
(11) 辽宁省彰武县罗锅沟丝光沸石岩矿区;
(12) 吉林省九台县银矿山混合型沸石岩矿区;
(13) 内蒙古呼和浩特郊区陶卜齐丝光沸石岩矿山等。
2 沸石的主要性质
2.1 离子交换性
由于沸石晶体孔道中的K+ 、Na+、Ca2+及水分子等与晶格结合不牢固, 在水溶液中易与Ca2+、Mg2+ 、B a2+ 等发生交换而不破坏结构, 交换后的产物能强化或赋予沸石新的性能。
2.2吸附性
沸石结构中因有大量的孔穴和通道, 所以具有较大的内表面积, 如A 型沸石的内表积高达1 000m2/g, 具有较强的吸附力。
沸石对H2O、NH3 、CO2 、H2S 及不饱和烃等极性分子有较强的吸附力, 尤其具有较好的选择性吸附, 在工业上特别适用于各种气体、液体及其混合物的吸附和分离, 也适于吸水、干燥等方面的应用。
2.3 催化性
沸石结构中相互连通的孔穴和通道为反应物的自由扩散提供了条件, 因而沸石具有良好的催化活性,利用天然或合成沸石作载体能承载具有催化活性的金属, 如Bi、S b、A g、 Cu及稀土等, 广泛用于石油裂解和化学合成工业等。
但天然沸石一般不直接用作催化剂, 要经过提纯处理并用离子交换法改型为H 型沸石后才能较好地体现催化性能。
2.4 热稳定性
沸石具有较高的热稳定性, 但不同种类的沸石其热稳定性有一定差异, 主要决定于其成分中的铝硅比值, 比值越小, 则稳定性越好; 此外沸石的热稳定性与孔道含阳离子种类有关, 如含Ca 的斜发沸石在50℃ 以下即发生分解, 而经钾离子交换之后, 即使在800 ℃ 高温下, 结构仍然是稳定的。
2.5 耐酸性
沸石具有较强的耐酸性, 这种性能为采用酸处理方法对用过的沸石进行活化和再生利用提供了可能。
3 沸石应用进展
3.1 沸石的传统应用
3.1.1 建材工业中的应用
(1)用于水泥生产。
国外2/5 的沸石或沸石岩用于水泥生产, 我国99% 的沸石岩也用于此方面。沸石相对密度小( 2.1-2.59 / cm3 ), 具有高发泡性及活性, 沸石做为水泥的活性掺料可使水泥产品性能得以改善, 并可提高水泥产量、降低成本。
( 2) 用于烧制人工轻质骨料-陶粒。
用沸石烧制的陶粒具有质轻、高强、吸水率低等特点, 用其制作建筑构件、砖瓦等既可减轻建筑物自重, 又可提高建筑物强度且便于施工。在颗粒容重相同的情况下, 其性能优于粘土、粉煤灰、膨胀珍珠岩及蛙石等轻质骨
料。
( 3) 做无机发泡剂。
用于制发泡混凝土、粘结剂、水泥硬化剂、超轻硅酸钙板材等。
3.1.2 环保方面的应用
环境污染是当今世界人们广泛关注的问题, 沸石的吸附性和离子交换性使其在该领域内具有重要的应用, 沸石可用于处理放射性废物、改良水质、污水及废气处理等。
(1)改造水质
用天然斜发沸石作离子交换吸附剂, 经硫酸钾铝再生系列处理可降低高氟水中的氟含量, 使其达到饮用标准。
( 2) 废水、污水处理
利用丝光沸石或斜发沸石对污水中的NH3-N ( 氨态氮)进行选择性吸附, 可用于工业废水、下水道等的污水净化处理。氨态氮饱和后的沸石在0.1%-0.2% Ca(OH )2溶液中20-30min交换、80℃ 加热处理后可使其再生, 能反复使用。
(3) 废气处理
斜发沸石、丝光沸石具有良好的耐酸、耐高温性能, 可用于除去工业废气中的SO2 、H 2S等。
(4) 回收废液中的有用物质
天然沸石经改性为Na 型或氨型后, 对Pb2+、Zn2+、Cd2+ 等的交换能力提高, 可用于矿山、冶炼、化工等行业对含重金属阳离子的废水处理并回收重金属。
3.1.3 石油化工中的应用
(1)作催化剂或催化剂的载体
沸石在石油化工中用作催化剂或催化剂载体, 使石油裂解后可分馏出多种产品, 并提高其产量和质量。
(2) 作干燥剂、吸附剂和分离剂
沸石可选择性吸收HCl、H2S、C12 、CO、CO2等气体, 用其制成的干燥剂、吸附剂和分离剂, 可用于气体、液体的干燥、分离及净化等。
3.1.4 轻工产品中的应用
沸石以其独特的物理化学性能, 可用作造纸、橡胶及塑料填料, 合成洗涤剂、肥皂的助洗剂、牙青的磨擦剂、新型气相防腐剂、沸石型远红外辐射元件等。
3.1.5 农牧业方面的应用
(1)土壤改良剂
沸石用做土壤改良剂起保肥、保水之功效, 将沸石粉掺人土壤中可提高土壤的离子交换和吸附性能, 可吸收肥料有效成份、延长土壤肥料的持久性。如用天然沸石粉作复合肥添加剂, 具有保肥、保水、吸氨、固氮及保钾的作用, 经田间试验可使早稻、油菜等增产。
(2) 饲料添加剂
用沸石制成鸡饲料, 经对比可使鸡产蛋率提高10%。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
