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沸石礦床的分類

根據(jù)礦床的成因，沸石礦床分為內(nèi)生沸石礦床和外生沸石礦床兩大類型。

內(nèi)生地質(zhì)條件下，一般不能形成大規(guī)模的單礦物的大型礦床，內(nèi)生成因的沸石為低洼沸石。其工業(yè)意義尚待進(jìn)一步研究。外生沸石礦床，產(chǎn)于沉積巖中的沉積巖型沸石礦床，常常形成大型工業(yè)礦床，具有很大的工業(yè)價(jià)值。外生沸石礦床類型很多，分類的方法也不一致，獨(dú)聯(lián)體國(guó)家將沉積巖中的沸石礦床，根據(jù)形成條件、成分、以及與一定巖石組合共生等特點(diǎn)，劃分為四個(gè)類型：

1）沉積成巖型

此類型沸石屬高硅沸石，主要為斜發(fā)沸石、絲光沸石，它們分散在白堊紀(jì)和早第三紀(jì)的正常海相條件下形成的沉積巖中如細(xì)粒砂、硅質(zhì)粘土、蛋白土、碳酸鹽類巖石和磷塊巖等，這些巖石中通常富含生物化學(xué)成因的氧化硅。

2）凝灰沉積型

此類礦床通常是由堿性偏高的海、湖盆地內(nèi)的凝灰?guī)r中的火山玻璃轉(zhuǎn)變而成的。沸石為斜發(fā)沸石、鈣交沸石、絲光沸石、毛沸石及菱沸石等。常形成近單礦物沸石巖的大型礦床。

3）后成型

此類礦床通常發(fā)育在中生代的厚層砂巖中，埋深相當(dāng)大，沸石為濁沸石，間或?yàn)闂U沸石、鈣沸石和其他沸石。濁沸石是由砂巖膠結(jié)物和碎屑顆粒（常為鈣質(zhì)斜長(zhǎng)石）形成的。

4）風(fēng)化殼型

此類礦床發(fā)育于堿性巖漿巖風(fēng)化殼的下部層位中，在某些鋁土礦礦床中常有小型的沸石礦，沸石為鈣交沸石、菱沸石和片沸石等。

自然界中已發(fā)現(xiàn)的沸石礦物約有40多種，但目前真正能形成規(guī)模較大的工業(yè)礦床有：斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石、毛沸石、鈣十字沸石等五種。而我國(guó)真正被利用的主要是斜發(fā)沸石和絲光沸石。

 

 

沸石的物理性質(zhì)

斜發(fā)沸石（Na [Al Si5O12]·4H2O）：一般為白色、淡黃色。呈板條狀、片狀、針狀，不規(guī)則粒狀及細(xì)脈狀。顆粒直徑一般在0.02~0.05mm。硬度為3.5~4，密度>2.15。顯微鏡下無色透明，負(fù)突起，Ng=1.476，NP=1.472。二軸晶（－）。2V=600~700。陽(yáng)離子以Na+、K+為主，Ca+次之。Si/Al=4.25~5.25。

絲光沸石(CaNa2K2) [Al Si5O12]2·7H2O：礦物多為白色、黃色、粉紅色。晶體呈針狀、毛發(fā)狀、纖維狀集合體或扇形或放射狀集合體。纖維長(zhǎng)0.01~0.03mm。硬度3~4，密度>2.15。二軸晶（±）。2V=700~1040。具二維孔道體系。一組⊥b軸,孔徑為219~517。陽(yáng)離子以Na+為主，Ca+、K+次之。Si/Al=4.17~5.00。

 

沸石的化學(xué)性質(zhì)

1）離子交換性能

       離子交換性是沸石巖重要性質(zhì)之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca等陽(yáng)離子和水分子與格架結(jié)合得不緊，極易與其周圍水溶液里的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，交換后的沸石晶格結(jié)構(gòu)也不被破壞。據(jù)查證，國(guó)內(nèi)斜發(fā)沸石巖對(duì)NH4+離子的總交換容量在50~220 mmol/100g之間變化，對(duì)K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g，極少數(shù)在9mg/g以下。而絲光沸石巖對(duì)NH4+離子的總交換容量一般為50~188.73 mmol/100g，K+離子的總交換容量一般為1~9mg/g，極少數(shù)在9mg/g以上。故斜發(fā)沸石巖和絲光沸石巖的NH4+離子交換容量均較高，但絲光沸石巖的K+離子交換容量大大低于斜發(fā)沸石巖，這是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)決定的。

2）吸附性能

沸石具有很大的比表面積（500-1000米2/克）因而能產(chǎn)生較大的擴(kuò)散力，故可用作出色的吸附劑。沸石晶格內(nèi)部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴之間通過開口的通道彼此相連，并與外界溝通?？籽ê屯ǖ赖捏w積占沸石晶體體積的50%以上，其中存在許多脫附自由的沸石水。沸石水的多少，可隨外界的溫度和濕度變化而變化。沸石內(nèi)部的孔穴和通道，在一定的物理化學(xué)條件下，具有精確而固定的直徑（約3~11Å），各種不同的沸石，其直徑也不同，小于這個(gè)直徑的物質(zhì)能被其吸附，而大于這個(gè)直徑的物質(zhì)則被排除在外。這種現(xiàn)象被稱為“分子篩”作用。但并非所有的沸石都能起分子篩作用。有些沸石孔徑太小，就沒有篩分分子的作用。沸石不僅具有吸附水的性能，而且還具有吸附氧化鈣、SO2、F2、氮、銨、甲醇以及吸附放射性物質(zhì)的性能，以浙江縉云絲光沸石為例，吸附氧化鈣為150.01mg/g，吸銨量177.47mmol/100g，SO2120mg/g，氮吸附量（STP）為12.93~17.11 mg/g，甲醇55.4 mg/g。

3）催化性能

       由于沸石具有很大的吸附表面，可以容納相當(dāng)多數(shù)量的吸附物質(zhì)，因而能促使化學(xué)反應(yīng)在其表面上進(jìn)行，所以沸石又作為有效的催化劑和催化載體。另外沸石有鋁硅酸鹽格架電荷，以及平衡離子的電荷，具有局部的高電場(chǎng)和格架上產(chǎn)生酸性位置，因而可以用于加速碳離子型的反應(yīng)。此外它還能以交換具有催化活性的金屬（如Pt、Pa等），使其能得到最大程度的分散，保持高的活性同時(shí)又可減少貴金屬的用量。

4）熱穩(wěn)定性

沸石巖的熱穩(wěn)定性與沸石巖中所含陽(yáng)離子的種類、沸石的硅鋁比、沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。就熱穩(wěn)定性而言，一般絲光沸石優(yōu)于斜發(fā)沸石和方沸石，鉀型或鈉型沸石優(yōu)于鈣型或鉀鈣型斜發(fā)沸石，（我國(guó)斜發(fā)沸石屬于后者），高硅沸石優(yōu)于低硅沸石（我國(guó)的沸石屬于高硅沸石）。國(guó)內(nèi)沸石巖的熱穩(wěn)定性各地不一。浙江省縉云縣老虎頭斜發(fā)沸石，連續(xù)加熱650℃12小時(shí)后，原有結(jié)構(gòu)大部保持，但加熱到800℃時(shí)結(jié)構(gòu)全被破壞。而河北省圍場(chǎng)斜發(fā)沸石巖加熱到350-450℃，沸石晶體結(jié)構(gòu)受到破壞，而河北赤城獨(dú)石口斜發(fā)沸石巖加熱到600-700℃（保溫2小時(shí)），沸石晶體結(jié)構(gòu)才完全破壞。

5）耐酸性

    沸石具有良好的耐酸性，如山東省斜發(fā)沸石和絲光沸石巖用不同濃度的鹽酸在100°C下處理2小時(shí)，試驗(yàn)證明兩者均有較強(qiáng)的耐酸性，其中斜發(fā)沸石在4N鹽酸中處理，絲光沸石在10mol/L鹽酸中處理，晶體結(jié)構(gòu)均未被破壞。

此外，沸石還具有化學(xué)反應(yīng)性、遠(yuǎn)紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能

 

沸石在土壤修復(fù)、水處理的應(yīng)用

    沸石現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)治理、農(nóng)業(yè)、石油化工、建筑材料、陶瓷、冶金、醫(yī)藥、催化劑、洗滌助劑、日用化工等領(lǐng)域。

沸石在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，是當(dāng)今世界最為重要的農(nóng)業(yè)礦產(chǎn)之一。農(nóng)業(yè)上主要用于畜牧飼料、化肥與土壤改良、農(nóng)藥載體、糧食干燥和食品凈化、水果保鮮等。作為化肥及土壤改良劑，沸石具有防止農(nóng)作物倒伏、控制肥效和保水等作用。

在環(huán)境保護(hù)和治理工業(yè)應(yīng)用方面,世界上許多國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)非金屬礦物在環(huán)保上的應(yīng)用非常重視。沸石因其具有選擇性、可調(diào)性、安全性而在環(huán)境保護(hù)與治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。沸石主要應(yīng)用于水處理工程,如進(jìn)行軟化硬水預(yù)處理、降低水中氟、砷離子含量、去除廢水中重金屬陽(yáng)離子、消除水中的放射性元素、凈化生活污水、用于海水淡化等方面。

 沸石的特殊孔結(jié)構(gòu)和人為調(diào)變性，使其不但在各大領(lǐng)域占有舉足輕重的位置，而且在農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護(hù)、建材等領(lǐng)域逐漸發(fā)揮了其特殊的作用。國(guó)內(nèi)外對(duì)沸石的研究已取得了重大的進(jìn)步，特別在近代物理、近代光學(xué)及新材料的研究和應(yīng)用方面得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。未來對(duì)沸石的研究，應(yīng)繼續(xù)在傳統(tǒng)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究。通過研制出附加值更高的沸石新材料,從而產(chǎn)生更好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。