天然沸石及其在环保领域中的应用前景

丁丑端阳 2011-07-22

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天然沸石及其在环保领域中的应用前景2007-01-05 07:19 环卫科技网作者：傅东发表/查看评论>>

[摘要]本文在简述我国天然沸石概况的基础上，通过对沸石物理特性的分析研究，明确指出沸石开发利用方向应转向环保产业。文中还就改性沸石的商品化和在环保中的应用前景进行了探讨，这将对促进我国沸石消费结构的调整和环保产业的快速发展具积极作用。

[关键词]天然沸石;改性;商品化;环保

1 我国天然沸石概况及化学组成特征

沸石是沸石族矿物的总称，分为天然沸石和合成沸石两大类，本文所讨论的是指天然沸石岩。我国沸石矿产资源相当丰富，自1972年浙江省缙云县首次发现具有工业价值的沸石矿床后，又相继在山东，河北，辽宁，内蒙古，河南，安徽，四川，广西等24个省，自治区发现沸石矿产地(含矿床和主要矿点)400余处，其中属于大，中型的31处矿床保有储量为27。8亿t，资源总量约为100亿t以上。

我国地域辽阔，沸石种类颇多，目前已发现的沸石有斜发沸石，丝光沸石，菱沸石，方沸石，片沸石，钙十字沸石，钙钾十字沸石，辉沸石，浊沸石，钠沸石等13个矿种或亚种。我国的沸石以斜发沸石为主，丝光沸石次之，它们多属火山物质蚀变沉积成岩的产物。一般矿体规模大，品位稳定，矿石质量较好，且多数分布在我国东，中部地区。

我国各地沸石因其原岩物质成分，成矿环境，成矿作用上的不同，反映在化学组分上也有所差异。其中斜发沸石多数具有高硅铝富钙钾低钠的特征，即绝大多数产地是CaO>Na2O，而国外绝大多数产地为CaOCaO)的热稳定性高于富含二价金属阳离子斜发沸石岩(其化学成分特点是CaO>K2O>Na2O或CaO>K2O+Na2O)的热稳定性。有关研究还发现沸石的耐酸性和热稳定性似乎相对应，即成正相关系。如山东荣城丝光沸石既是耐酸性能最好，又是耐热性最高的沸石;而山东诸城，河北赤城的斜发沸石其耐酸性能差，耐热性能也较低。这些除与沸石岩中一，二价阳离子相对含量有关系外，亦与沸石岩中沸石品位密切相关。

2 天然沸石的结构特征及其主要物理性能

2.1天然沸石的结构特征

天然沸石是一种含水的钙、钠以及钡、钾的铝硅酸盐矿物。其独特的内部结构是由硅氧四面体和替代的铝氧四面体为基本结构单元，而硅氧四面体和铝氧四面体再逐级组成单元环、双元环、多元环、笼构成主要为三维空间的架状构造的结晶多面体。沸石晶体内部存在着大最的排列有序、大小均匀、彼此贯通并与外界相连的孔穴和孔道（孔径一般0.3～1nm）。沸石晶体格架中含水量的多少随外界温度和湿度等变化而变化，但并不影响其晶体的内部结构。所以当改变条件时，沸石水往往可以自由地排出或重新吸入，不损坏沸石品体结构。由于沸石作为最典型的具有纳米介孔结构的多孔非金属矿，可作为制造纳米结构组装材料的载体与媒介，而日益受到科技界的密切关注。

2.2 沸石主要物理性能

(1）吸附性能：沸石晶体的大量孔穴和孔道，使沸石具有很大的比表面积，加上特殊的分子结构而形成的较大静电引力，使沸石具有相当大的应力场。当沸石内部的孔穴和孔道一旦有“空缺”时，沸石就会表现出对气体或液体具有很强的吸附能力，尤其是对SO2、NO2、NH3及某些有机蒸气等敏感性的气体吸附更为有效。通常情况下，丝光沸石的吸附性能高于斜发沸石，经活化处理（如酸浸、焙烧）的沸石吸附性能高于未加处理的沸石。实践表明，沸石的吸附作用具有选择性和再生性特点，工业上利用沸石这种特性制成吸附剂或干燥剂，用于吸附分离某些气体和液体，特别是制成深度干燥剂，比硅胶和合成沸石还有效。

(2）阳离子交换性能：沸石的阳离子交换性，是其重要性能之一。沸石中的K+、Na +、Ca2+等阳离子与结晶格架的结合并不很紧密，具有在水溶液中与其他阳离子进行可逆交换的性质。交换后的沸石晶格结构并末被破坏，只是通过离子交换使得晶体结构内部的电场、比表面积等发生某种变化。沸石离子交换性能的大小不仅与沸石的种类有关，而且还与沸石的硅铝比值，晶格中孔径大小，孔道疏通情况，阳离子的位置和性质以及交换过程中的温度、压力、离子浓度、流速和ph值等诸多因素有关。有时为了提高交换率，可以人为地将沸石进行预处理。如专利技术（C N1283518A）沸石活化新工艺是这样实现的：将沸石岩粉碎至一定粒度后，高温加热，将天然沸石的内部孔道打通，增大其比表面积，再将加热后的沸石采用氯化钠溶液浸泡，可增加其离子交换容量，从而提高天然沸石的吸附性及离子交换性能，更有利于去除水中的各种污染物。

据悉，我国多数沸石矿产地均做过NH4+、K+离子交换性能的测定，这是一项重要而又具实际意义的工作。它是评价沸石岩质最的主要指标之一，即沸石品位与铵、钾离子交换量成正相关系。然而，需要强调的是不同种类的沸石，因其化学成分的变化和内部晶体结构的不同，其离子交换行为亦各有所异。如浙江缙云老虎头沸石产地，铵离子交换容量是丝光沸石高于斜发沸石，而钾离子交换容最则是斜发沸石高于丝光沸石。说明沸石的离子交换性能具有选择性，这在沸石开发利用中值得注意。（来源：本站整理）