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内蒙古天然沸石的开发及应用进展情况吴瑞凤施和平1李曼尼(内蒙古大学化学系) (11 内蒙古农业大学基础部)摘要本文对近年来内蒙古天然沸石的基础研究工作进行了概括总结, 分析了其目前的应用情况, 并提出了开发应用前景, 确定了今后研究工作的方向。关键词天然沸石研究吸附性改性开发应用前景前言自从瑞典物理学家 F 1A 1F C ron s ted 于 1756 年在瑞典首次发现沸石矿后, 天然沸石就成为地质学和矿物学方面的重要研究对象。由于天然沸石具有独特的结构和性能, 无论在物理研究还是实际应用上 都得到了迅速的发展。 近年来, 天然沸石在石油化工、土壤改良、污水处理、冶金、医药、原子能工业以及轻工业等部门广泛应用, 成为国民经济中的一种重要新材料。 与合成沸石相比, 其矿藏丰富、价格低廉,所以天然沸石的开发和应用受到人们的关注。1 天然沸石的发现与发展111 世界上存在着大量的天然沸石矿藏, 几乎各大洲都有〔1〕。 自 70 年代以来, 已有四十多个国家发现 了近三千个天然沸石矿床〔2〕, 天然沸石的开发及应用迅猛发展。1980 年 C la rk e 统计资料表明, 在欧洲每 年有 15 万吨天然沸石用于建筑工业, 而日本每年用 48 万吨代替滑石粉用于造纸填料〔3〕。112 我国的年开采量没有正式的统计数据, 但据 1983 年和 1984 年调查, 全国已有 80 余处产地进行了 不同规模开采, 已利用储量 13 亿吨, 年开采量为 200 多万吨, 估计目前 年开采量已超过了 300 万吨〔2〕。113 内蒙古地矿局于 70 年代分别在内蒙古的包头、巴盟、呼市、赤峰等地发现了天然沸石矿, 目前已探 明储量 2 亿多吨。 其中巴盟乌拉特前旗和兴安盟科右中旗储量最大、质量最优, 包头官牛犋和呼市陶卜 齐等地为丝光沸石矿, 巴盟白庙子、永德成及赤峰地区为斜发沸石矿, 并对各矿样进行了 X 射线衍射分 析, 确定了矿物的化学组成及纯度〔4〕。2 内蒙古天然沸石的研究内蒙古的天然沸石矿自发现以来, 人们对其矿属种类、结构特征及一些理化性质进行了基础研究。211 物性、耐酸碱性及晶体结构研究内蒙古地区天然沸石矿的矿化特性及成因已有报导〔5〕, 对白庙子、永德成、官牛犋等四个天然沸石 矿点的 6 个矿样进行了物相分析, 折光率和比重的测定及耐酸碱性实验〔6〕, 认为丝光沸石和斜发沸石均 有较好的耐酸性, 但耐碱性不如耐酸性。212 化学改性21211 酸改性和铵改性用 H C l 浸渍和 N H 4C l 浸煮改性白庙子斜发沸石, 采用化学分析, 低温 N 2 静态吸附、X R D 、F T -IR 和 T G - D A T 等手段进行表征, 发现 H C l 和N H 4C l 改性引起晶胞体积收缩、热稳定性降低。N H 4C l浸煮骨架脱 A l 少, 结晶度增高, 微孔体积变大。H C l 浸渍骨架脱 A l 随酸度而变化, 结晶度降低, 微孔体积减小〔7〕。对五种天然沸石矿进行铵改性并转化为 H型矿样后, 以巴盟白庙子斜发沸石矿在微孔结构,N 2 吸附性能方面, 改善效果最显著〔4〕, 具有较好的开发利用价值。内蒙古天然沸石的开发及应用进展情况第 26 卷7021212阳离子改性对物化性能的影响白庙子斜发沸石经 K 、C a、N a、M g 等阳离子交换改性后, 其 S i/A l + F e 比、X R D 特征衍射峰、IR特征吸收峰、热稳定性都没有明显改变, 这说明浸煮法离子交换对沸石的骨架结构不产生明显的影响,但对骨架结构的局部环境产生一定的影响, 表现为晶胞参数、结晶度及部分 T - O 键振动频率有所改 变〔8〕。另外, 配位阳离子的改变对沸石水、微孔结构有明显影响, N H 4 型、C a 型有较大的微孔体积、微孔表面积及较小的微孔半径〔4〕。21213高温焙烧对沸石微孔结构的影响采用高温焙烧的方法处理白庙子沸石原矿, 发现其微孔分布、微孔体积及比表面积都减少, 这是由 于金属阳离子在焙烧失水时向微孔内部迁移, 阻塞了微孔〔9〕。另外, 高温焙烧时, 新相生成也破坏了原有的微孔结构〔10〕。 用离子交换和高温焙烧交替进行则可以提高交换度和交换效率, 可能的原因是高温焙烧时沸石中的阳离子可以由难以交换的位置移至易交换的位置〔11〕。213吸附、交换性能的测定21311对气体的吸附用未改性的和改性的白庙子、永德成、官牛犋沸石分别吸附 A r、N 2、CO 2、CO 、N H 3、H 2S 、N O , 并进改性沸石效果较好, 对几种气体的吸附量均增大〔12〕。这是由于改性后微孔扩张以及行测试, 发现 N H +4改性沸石对某些吸附质的吸附能力增大所致〔13〕。 但值得注意