沸石是一種含水的堿或堿土金屬架狀鋁硅酸鹽礦物,是地殼巖石圈近地表部分的標(biāo)型礦物。沸石巖是沸石族的統(tǒng)稱。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的沸石族礦物共有40余種,其中比較常見(jiàn)和利用價(jià)值較高的有斜發(fā)沸石、絲光沸石等幾種。一般認(rèn)為沸石是中酸性火山玻璃在堿性水介質(zhì)作用下,經(jīng)過(guò)水化、水解、反應(yīng)和結(jié)晶成巖所形成。
一、沸石的物化性質(zhì)
沸石巖的化學(xué)成分是由二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、水和堿或城土金屬四部分組成。其中二氧化硅和三氧化二鋁兩種成分約占沸石巖礦物總量的80%。不同的沸石礦物中硅、鋁比例也不一致,按照硅、鋁比值的不同,可將天然沸石的硅:鋁>4:1者為高硅沸石;硅:鋁=4:1-2:1者為中硅沸石;硅:鋁<2:1者為低硅沸石。
水也是沸石的主要成分之一,含量一般在10%左右。堿金屬或堿土金屬數(shù)量有限,其氧化物含量一般為4-6%,呈離子狀態(tài)與二氧化硅、三氧化二鋁結(jié)合在一起。
河北某地沸石分析一覽表
樣品名稱 | 分析結(jié)果(%) | ||||||||
SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | TiO2 | K2O | Na2O | CaO | MgO | H2O+ | |
沸石 | 69.44 | 11.87 | 1.30 | 0.18 | 1.31 | 0.68 | 3.28 | 0.99 | 11.54 |
沸石結(jié)晶構(gòu)造比較特殊,主要為三維空間的架狀構(gòu)造,晶體內(nèi)部存在著大量的排列有規(guī)律、大小均勻、彼此貫通并與外界相連的孔穴和通道,沸石水充填于礦物晶體格架的孔隙和通道中,不進(jìn)人晶體格架,加熱逸出不破壞晶體結(jié)構(gòu)。
沸石晶體的大量孔穴和通道,使沸石具有很大的比表面積,每克沸石的比表面積理論值可達(dá)400~1000平方米。我國(guó)沸石實(shí)測(cè)比表面積多在100~500平方米,原因可能為測(cè)試因素所致。上述孔穴體積可占沸石全部體積的50%。沸石的內(nèi)部空腔在應(yīng)力場(chǎng)作用下,具有很強(qiáng)的吸附能力。沸石中的孔穴和通道有一定大小,通道直徑一般在(3~11)×10-10m,孔穴直徑一般在(6-15)×10-10m,所以沸石具有吸附的選擇性。
沸石還有很強(qiáng)的耐酸性和熱穩(wěn)定性,一般說(shuō)來(lái)硅、鋁比值較大的沸石熱穩(wěn)定性高,耐酸性強(qiáng)。天然沸石一般在750℃持續(xù)數(shù)小時(shí),內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)不被破壞。沸石的獨(dú)特內(nèi)部結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)性質(zhì),使其具有吸附、離子交換、催化、耐酸耐熱和耐輻射等性能。天然沸石的這些性能已被應(yīng)用于環(huán)保、石化、農(nóng)牧漁業(yè)等領(lǐng)域。
二、沸石在化工行業(yè)的應(yīng)用
1 塑料、橡膠填料
塑料橡膠制品生產(chǎn)過(guò)程中,添加所需填料,以改善產(chǎn)品性能。改性天然沸石粉作為聚氯乙稀塑料的填料,它可以吸附由于γ—紫外光照射而分解出的氯化氫氣體,提高塑料制品的耐光性,在聚氯乙稀硬質(zhì)板、管生產(chǎn)過(guò)程中以活化天然沸石粉取代輕質(zhì)碳酸鈣,降低生產(chǎn)成本,產(chǎn)品質(zhì)輕耐用,而且鋸邊加工時(shí)不產(chǎn)生火花。
沸石作為橡膠的結(jié)聚劑、變性劑和填充劑,可使產(chǎn)品在相對(duì)延伸度范圍內(nèi)強(qiáng)度增加,而且還會(huì)增加緊固性、彈性和抗拉強(qiáng)度。
2 在化肥、農(nóng)藥中的應(yīng)用
碳酸氨銨是我國(guó)較好的氮肥品種,但由于其易分解及結(jié)塊,不能隨種下田等弊病,用天然沸石粉的吸附特性與其復(fù)合,可以防止易結(jié)塊、易揮發(fā)等缺欠。而且沸石碳銨無(wú)論作底肥還是作追肥其肥效不變,作到隨種下田不燒苗,還會(huì)降低生產(chǎn)成本,成為緩效持續(xù)性長(zhǎng)的肥料。
我國(guó)有許多鹽堿地,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)低而不穩(wěn)。根據(jù)鹽堿土壤特性,將天然沸石與含有機(jī)質(zhì)和腐植酸的泥炭、褐煤及適量的氮、磷肥料混合生產(chǎn)專用復(fù)合肥料?梢愿纳仆寥赖某煞趾徒Y(jié)構(gòu),降低有害離子對(duì)植物的危害,起到保肥、保水的作用,提高單位面積產(chǎn)量。
利用沸石的吸附性和離子交換性,作為農(nóng)藥的載體是可行的。特別是一些劇毒性和易揮發(fā)的農(nóng)藥或殺蟲(chóng)劑,可以保護(hù)人體延長(zhǎng)藥效。
3 在石油、化工行業(yè)
在這個(gè)領(lǐng)域,沸石主要作為催化裂化劑、石油和天然氣的脫硫、干燥和凈化劑。此外,沸石還可以用來(lái)壓縮和儲(chǔ)存天然氣。
在處理二氧化硫廢氣中,活化沸石的吸附量可以達(dá)到100一120mg/g,去除效率可以達(dá)到90%以上:
ZD--1沸石凈化劑可深度干燥凈化二氟一氯一溴甲烷.乙炔氣.二氟二氯甲烷等,不但可以提高產(chǎn)品質(zhì)量,還可以提高經(jīng)濟(jì)效益:
以沸石生產(chǎn)有機(jī)廢氣處理催化劑,可將化工行業(yè)排放的尾氣中的苯酐順酐等有機(jī)物和一氧化碳 等轉(zhuǎn)化為CO2和水。轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。具有較好的活性、穩(wěn)定性,使有機(jī)物含量降至10mg/m3以下。
利用沸石的吸附、離子交換特性,還可以應(yīng)用在吸附劑、工業(yè)廢水處理、飲用水凈化, 硬水軟化、洗滌劑助劑等領(lǐng)域。
天然沸石是一種比較獨(dú)特的非金屬礦產(chǎn),由于白身的特性和低廉的價(jià)格,逐漸被人們認(rèn)識(shí)和利用,隨著科研力度的加大,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,可以相信,在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面會(huì)有廣闊前景。