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型礦物。沸石巖是沸石族的統稱。已經發現的沸石族礦物共有40余種,其中比較常見和利用價值較高的有斜發沸石、絲光沸石等幾種。一般認為沸石是中酸性火山玻璃在堿性水介質作用下,經過水化、水解、反應和結晶成巖所形成。
一、沸石的物化性質
沸石巖的化學成分是由二氧化硅(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量有限,其氧化物含量一般為4-6%,呈離子狀態與二氧化硅、三氧化二鋁結合在一起。
河北某地沸石分析一覽表
樣品名稱 | 分析結果(%) | ||||||||
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 |
沸石結晶構造比較特殊,主要為三維空間的架狀構造,晶體內部存在著大量的排列有規律、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,不進人晶體格架,加熱逸出不破壞晶體結構。
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400~1000平方米。我國沸石實測比表面積多在100~500平方米,原因可能為測試因素所致。上述孔穴體積可占沸石全部體積的50%。沸石的內部空腔在應力場作用下,具有很強的吸附能力。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。
沸石還有很強的耐酸性和熱穩定性,一般說來硅、鋁比值較大的沸石熱穩定性高,耐酸性強。天然沸石一般在750℃持續數小時,內部晶體結構不被破壞。沸石的獨特內部結構和晶體化學性質,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用于環保、石化、農牧漁業等領域。
二、沸石在化工行業的應用
1 塑料、橡膠填料
塑料橡膠制品生產過程中,添加所需填料,以改善產品性能。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,在聚氯乙稀硬質板、管生產過程中以活化天然沸石粉取代輕質碳酸鈣,降低生產成本,產品質輕耐用,而且鋸邊加工時不產生火花。
沸石作為橡膠的結聚劑、變性劑和填充劑,可使產品在相對延伸度范圍內強度增加,而且還會增加緊固性、彈性和抗拉強度。
2 在化肥、農藥中的應用
碳酸氨銨是我國較好的氮肥品種,但由于其易分解及結塊,不能隨種下田等弊病,用天然沸石粉的吸附特性與其復合,可以防止易結塊、易揮發等缺欠。而且沸石碳銨無論作底肥還是作追肥其肥效不變,作到隨種下田不燒苗,還會降低生產成本,成為緩效持續性長的肥料。
我國有許多鹽堿地,農業生產低而不穩。根據鹽堿土壤特性,將天然沸石與含有機質和腐植酸的泥炭、褐煤及適量的氮、磷肥料混合生產專用復合肥料。可以改善土壤的成分和結構,降低有害離子對植物的危害,起到保肥、保水的作用,提高單位面積產量。
利用沸石的吸附性和離子交換性,作為農藥的載體是可行的。特別是一些劇毒性和易揮發的農藥或殺蟲劑,可以保護人體延長藥效。
3 在石油、化工行業
在這個領域,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,沸石還可以用來壓縮和儲存天然氣。
在處理二氧化硫廢氣中,活化沸石的吸附量可以達到100一120mg/g,去除效率可以達到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,不但可以提高產品質量,還可以提高經濟效益:
以沸石生產有機廢氣處理催化劑,可將化工行業排放的尾氣中的苯酐順酐等有機物和一氧化碳 等轉化為CO2和水。轉化率達到90%以上。具有較好的活性、穩定性,使有機物含量降至10mg/m3以下。
利用沸石的吸附、離子交換特性,還可以應用在吸附劑、工業廢水處理、飲用水凈化, 硬水軟化、洗滌劑助劑等領域。
天然沸石是一種比較獨特的非金屬礦產,由于白身的特性和低廉的價格,逐漸被人們認識和利用,隨著科研力度的加大,應用領域不斷拓展,可以相信,在經濟效益和社會效益方面會有廣闊前景。