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沸石的改性技术与综合应用 汪彬 （武汉科技大学 资源与环境工程学院；武汉 430081） 摘 要: 简述了沸石的成因与基本结构及工业类型,对沸石的改性研究进展做了一个概述，综述了沸石在建材工业、洗涤行业、农业、轻工业、环保工业等各个行业的应用，最后对沸石的开发应用提出了一些应注意的事项与建议。 关键字: 天然沸石； 沸石结构特征； 离子交换改性； 沸石的应用； 前 言： 沸石是一种含水的碱或碱土金属架状铝硅酸盐矿物的总称。它独特的内部结构和晶体 物化性质，使其具有吸附、离子交换、催化反应、耐酸、耐热和耐辐射等优异理化性能，是一种新型的非金属矿物原料。在工业上用于制造分子筛，以净化 提纯 浓缩某些气体和液体。在轻工上用来制取造纸填充剂和漂白催化剂 在建材工业上，用作硅酸盐水泥的混合材。在环保方面，用于放射性废物处理、污水处理、敦化硬水。在农牧业上，用以制造化肥、农药的载体，农产品储藏、保鲜、脱水除臭及饲料添加剂。作为矿物原料，虽然开发历史较短，但已广泛深入到国民经济和人类生活各个领域，显示广阔的前景。 世界上首次发现天然沸石矿物是1756年。经过近200年后，壹到本世纪4O年代末期才 发现天然沸石工业矿床。中国1972年在浙江缙云县首次发现天然沸石矿床。 在第二次世界大战期间，天然菱沸石被应用于石油的精炼和提纯，促进了汽油的生产． 懈决了一些国家的能源问题。园此．天然沸石的需要量大幅度地增加．曾一度引起了一定范 围的 沸石热 。但是，在相当长的时间里，在自然界中沸石矿物仅发现在岩石的孔洞或裂隙 中，数量有限。为弥补不足，人工合成沸石在工业上的应用得到了发展。到目前为止，世界上已经能够合成x 型、Y 型、A 型等上百种人工合成沸石，并广泛地应用到很多工业部门。1 沸石矿资源概况 1.1 天然沸石的成因及结构 1.1.1 成因 天然沸石是由原始铝硅酸盐物质在晚期岩浆、热液蚀变、接触交代、沉积成岩、变质及风化表生作用各阶段，在水的参与下形成的矿物。其中最重要的成矿过程是中酸性火山玻璃物质在碱性水介质的作用下经过水化、水解、反应和结晶成岩生成沸石。成矿模式： 火山玻璃+水介质一蒙脱石+沸石+二氧化硅+金属离子(溶液)。 火山玻璃物质蚀变为沸石，化学成份虽然从组分上没有大的变化，但其含量上的变化还是很明显的。表现在沸石岩中的SiO2、Na20、K2O的含量比原岩明显地减少，而CaO、MgO、A1203，和H2O 明显地增加。 沸石在实验室生成的适宜温度为100-2500C，而天然沸石大部分是在温度不很高的地表 水及地下水环境中形成的。 1.1.2 结构特征 天然沸石是沸石族矿物的总称，已经发现的沸石族矿物共有40种。其中比较常见的有斜 发沸石、丝光沸石、菱沸石、钙十字沸石、毛沸石、方沸石、浊沸石等。广西目前发现有丝光沸石和辉沸石两个矿种。 沸石是呈架状结构的多孔含水铝硅酸盐的晶体的总称，有自然界天然存在的矿物，也有人工合成的晶体。所有沸石都可用一个通用的化学式来表示： (Na，K)x(Mg，Ca，Sr，Ba)y[Alx +2ySin-(x +2y)].mH2O X：碱金属离子个数； Y：碱士金属离子个数； n：铝硅离子个数之和； m：水分子的个数。 从电价配位情况看：一价、二价阳离子的电价数之和等于铝离子的个数。沸石水不参与电价平衡。 SiO2和Al2O3两种成份占沸石矿物总量的80％。但不同的铝硅比值却构成不同的沸石矿物种类。H2O也是沸石的主要成份之一，含量在10％左右，但水不参与沸石的骨架构成，仅吸附在沸石晶体的微孔中。 各种沸石之问的主要差别在于它们之间的骨架结构不同。所谓“骨架”，是指由氧、硅、铝三种原子构成的三维空间结构，不包括碱、碱土金属和水。沸石骨架结构中的基本单元是由四个氧原子和一个硅(铝)原子堆砌而成的硅(铝)氧四面体。硅氧四面体和铝氧四面体再逐级组成单元环、双元环、笼(结晶多面体)构成三维空间的架状构造沸石晶体。 作为次级单位的各种环联合起来即形成各种沸石的空洞和孔道(或称孔穴和通道)。各种 沸石都有自己特定的形状和大小的空洞和孔道能吸附和截留不同形状和大小的分子。因此， 沸石又叫作分子筛。在沸石晶体中，硅为四价，铝为三价，所以铝氧四面体的电荷不平衡，所缺电荷由碱金属或碱土金属来补偿。 1.2 沸石的工业类型 (1) 凝灰角砾岩、集块岩型:主要为斜发沸石、颜色复杂，多为白、粉红、浅黄等。矿石具角砾状结构、集块结构。假流纹构造、珍珠构造。玻璃质或凝灰质火山角砾和集块在矿石中约占60％～90％。以流纹质熔浆基底式胶结、凝灰质火山灰胶结为主。并均发生沸石化和蒙脱石化。斜发沸石发育在角砾、集块的中心部分。呈晶簇状、显微片状、板条状。质量分数在30％～70％。镜下鉴定和总交换容量的测定，矿石中的角砾和集块