资源型矿物简介、沸石剖析.ppt

十三、沸石 东北大学矿物材料与粉体技术研究中心 高鹏 第三章、非金属矿物分述 13.2、沸石的基本特性 沸石是一种含水的碱或碱土金属的铝硅酸盐矿物，其一般化学式为：AmXpO2p?nH2O。式中A代表Ca2＋、Na＋、K＋、Ba2＋、Sr2＋；X代表Al3＋、Si4＋。 也可用下列化学式表示：(Na,K)x(Mg,Ca,Sr,Ba)y?Alx+2ySin-(x+2y)O2n??nH2O 布烈克提出的通式为： Mx/n?AlxSiyO2（x+y)??WH2O 沸石表面粗糙，阳离子的存在使其具有静电吸引力，比表面积大，因此沸石具有优良的吸附性能，是最早用于重金属污染治理的环境矿物材料，尤其是斜发沸石，对Pb2+和其它的重金属具有很强的亲和力。 沸石的性质有易调节性，孔径、Si/Al比等可调节，使其表面吸附性能、耐酸碱及催化性能因此而发生显著的变化；沸石易于实现离子交换，使其种类有多样性。同时，沸石在生产加工过程中不会产生污染，使用后再生容易，完全具有环境协调型材料的特点。 13.3、沸石的工艺特性 （1）??? 广泛的类质同象 沸石具有多种不同的类质同象作用，一种类型与长石族矿物相似，即： K＋、Si4＋ = Ba2＋、Al3＋； Na＋、Si4＋＝Ca2＋、Al3＋； 一种类型只改变阳离子数目，即: Ca2+ = 2Na+, Ba2+ = 2K+。 （2）开放式的多孔结构。 沸石结构内部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴之间通过开口的通道彼此相连，并与外界相沟通。孔穴和通道的体积可占沸石晶体体积的50％以上，其中存在许多脱附自由的沸石水。 沸石水的多少，可随外界温度的变化而变化。当加热或减压时，这些沸石水可部分或全部失去，大多数沸石，失水后还能从空气中或水中重新复水，但其晶体结构不被破坏。 （3）离子吸附和交换的选择性 沸石内部的孔穴和通道，在一定的物理化学条件下，具有精确而固定的直径，各种不同的沸石，其直径也不同，小于这个直径的物质能够被吸附，而大于这一直径的物质则被排除在外，在沸石晶格中的孔腔中，K＋、Na＋、Ca2＋等阳离子和水分子与格架结合不紧，极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用，交换后的沸石晶格也不被破坏。 （4）吸附分离性 沸石具有较大的静电吸引力。在它的铝硅酸盐格架上的电荷，即阴离子晶格上的负电与平衡阳离子正电的电荷中心，在空间上是不重叠的，所以在其孔穴中有很高的静电吸引力，因而使沸石对具有偶极矩或四极矩分子的物质（如水或氮气）以及具有可极化分子的物质（如二氧化碳和不饱和烃），显示出很大的亲和力。对畸形物质的吸附容量、一般随着沸石晶胞中阳离子数目的增加而升高。基于沸石所具有的这种性质，可利用混合物极性的不同而将其分离，如从含二氧化碳的气体中除去二氧化硫（极性）。 （5）反应性和催化性 沸石具有大的比表面积（500－1000米2/克）,能产生较大的扩散力，故可用作吸附剂。对于主要由扩散力起作用的吸附过程，在大多数情况下，特别是在低分压范围内，沸石的吸附容量很大，高于其他许多吸附剂。相反，在高分压范围内，沸石的吸附容量往往较小。还可以利用沸石的凝聚性质的不同来选择分离物质，如从氢中分离氩或甲烷。 （6）稳定性和耐酸性 沸石具有较高的热稳定性和耐酸性，不同种类的沸石，对热的稳定性也不同。例如富钙的天然沸石，在500℃以下时，结构就遭到破坏，但若以相同的样品，经钾离子交换后，则在温度高达800℃时，其结构仍然能够不被破坏。 菱沸石的热稳定性为600－865℃，浊沸石为345－800℃；丝光沸石可达800－1000℃，然而钙十字沸石的热稳定性只有260－400℃。 沸石具有很强的耐酸性。我国山东潍县所产的丝光沸石，经10mol/L盐酸处理2小时，其结构不被破坏，具有很强的耐酸性。 13.4、沸石在吸附分离方面的应用 （1 ）干燥剂 斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石具有很高的耐热性和耐酸性，可作为特殊的干燥剂，其优点是在气体水分含量低时，沸石能比其他吸附剂吸收更大容量的水分；随着温度的升高，沸石对水的吸附能力不会象其他吸附剂那样明显减低；在气流通过沸石层移动时，沸石对吸附物质产生的阻力低，沸石对不同物质具有选择吸收性，例如利用斜发沸石作为天然气的干燥净化剂，能有效地同时吸收水分和二氧化碳。辉沸石可用来干燥船舶冷却装置的氟氯烷－12、还可用于干燥乙醇、使之含水量从5.3%降到0.7％。 （2 ）吸附分离剂 天然沸石具有筛分性，故可作为分子筛，对气体、液体进行分离、净化和提纯。 丝光沸石可以清除空气中的SO2，大气中SO2的浓度在0.5ppm以上时，对人体的健康已有潜在性的影响； 1－3ppm时，多