沸石

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沸石

zeolite  

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概述

沸石是一种矿石,最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提(Cronstedt)发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象,因此命名为“沸石”(瑞典文zeolit)。在希腊文中意为“沸腾”(zeo)的“石头”(lithos)。此后,人们对沸石的研究不断深入。

沸石的一般化学式为:AmBpO2p.nH2O,结构式为 A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O) 其中:A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子,B为Al和Si,p为阳离子化合价,m为阳离子数,n为水分子数,x为Al原子数,y为Si原子数,(y/x)通常在1~5之间,(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。

自然界已发现的沸石有30多种,较常见的有方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等,都以含钙、钠为主。它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。晶体所属晶系随矿物种的不同而异,以单斜晶系和正交晶系(斜方晶系)的占多数。方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形,片沸石、辉沸石呈板状,毛沸石、丝光沸石呈针状或纤维状,钙十字沸石和辉沸石双晶常见。纯净的各种沸石均为无色或白色,但可因混入杂质而呈各种浅色。玻璃光泽。解理随晶体结构而异。莫氏硬度中等。比重介于 2.0~2.3,含钡的则可达 2.5~2.8。沸石主要形成于低温热液阶段,常见于喷出岩气孔中,也见于热液矿床和近代温泉沉积中。沸石可以借水的渗滤作用,以进行阳离子的交换,其成分中的钠、钙离子可与水溶液中的钾、镁等离子交换,工业上用以软化硬水。沸石的晶体结构是由硅(铝)氧四面体连成三维的格架,格架中有各种大小不同的空穴和通道,具有很大的开放性。碱金属或碱土金属离子和水分子均分布在空穴和通道中,与格架的联系较弱。不同的离子交换对沸石结构影响很小,但使沸石的性质发生变化。晶格中存在的大小不同空腔,可以吸取或过滤大小不同的其他物质的分子。工业上常将其作为分子筛,以净化或分离混合成分的物质 ,如气体分离、石油净化、处理工业污染等。

沸石

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有很多种,已经发现的就有36种。它们的共同特点就是具有架状结构,就是说在它们的晶体内,分子像搭架子似地连在一起,中间形成很多空腔。因为在这些空腔里还存在很多水分子,因此它们是含水矿物。这些水分在遇到高温时会排出来,比如用火焰去烧时,大多数沸石便会膨胀发泡,像是沸腾一般。沸石的名字就是因此而来。不同的沸石具有不同的形态,如方沸石和菱沸石一般为轴状晶体,片沸石和辉沸石则呈板状,丝光沸石又成了针状或纤维状等等。各种沸石如果内部纯净的话,它们应该是无色或白色,但是如果内部混入了其他杂质,便会显出各种浅浅的颜色来。沸石还具有玻璃样的光泽。我们知道沸石中的水分可以跑出来,但这并不会破坏沸石内部的晶体结构。因此,它还可以再重新吸收水或其他液体。于是,这也成了人们利用沸石的一个特点。我们可以用沸石来分离炼油时产生的一些物质,可以让它使空气变得干燥,可以让它吸附某些污染物,净化和干燥酒精等等。沸石矿物有很广的分布。特别多见于由火山碎屑形成的沉积岩石中。在土壤中也有发现。  

发现

沸石

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最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提(Cronstedt)发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象,因此命名为“沸石”(瑞典文zeolit),在希腊文中意为“沸腾”(zeo)的“石头”(lithos)。此后,人们对沸石的研究不断深入。

1932年,McBain提出了“分子筛”的概念。表示可以在分子水平上筛分物质的多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种,但是沸石在其中最具代表性,因此“沸石”和“分子筛”这两个词经常被混用。人造沸石是:磺酸聚苯乙烯; 天然沸石:铝硅酸钠。  

用途

吸附剂和干燥剂

催化剂

洗涤剂

其他用途(污水处理土壤改良剂饲料添加剂)  

特性

沸石

沸石

是沸石族矿物的总称,是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种,按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。任何沸石都由硅氧四面体和铝氧四面体组成。四面体只能以顶点相连,即共用一个氧原子,而不能“边”或“面”相连。铝氧四面体本身不能相连,其间至少有一个硅氧四面体。而硅氧四面体可以直接相连。硅氧四面体中的硅,可被铝原子置换而构成铝氧四面体。但铝原子是三价的,所以在铝氧四面体中,有一个氧原子的电价没有得到中和,而产生电荷不平衡,使整个铝氧四面体带负电。为了保持中性,必须有带正电的离子来抵消,一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿,如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金属离子。由于沸石具有独特的内部结构和结晶化学性质,因而使沸石拥有多种可供工农业利用的特性。

世界上已发现的天然沸石一般为浅灰色,有时为肉红色。拿在手上明显感到比一般石头轻,这是因为沸石内部充满了细微的孔穴和通道,比蜂房要复杂得多。假如把沸石比作旅馆,那么1立方微米的这种“超级旅馆”内竟有100万个“房间”!的这些房间能根据“旅客”(分子和离子)的性别、高矮、胖瘦、嗜好的不同自动开门或挡驾,绝对不会让“胖子”到“瘦子”的房间去,也不会使高个子与矮个子同住一室。根据沸石的这一特性,人们用它来筛选分子,获得很好的效果。这对在工业废液中回收铜、铅、镉、镍、等金属微粒具有特别重要的意义。

沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能,因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂,也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。沸石还具有“营养”价值。在饲料中添加5%的沸石粉,能使禽畜生长加快,体壮肉鲜,产蛋率高。

由于沸石的多孔性硅酸盐性质,小孔中存有一定量的空气,常被用于防暴沸。在加热时,小孔内的空气逸出,起到了气化核的作用,小气泡很容易在其边角上形成。

天然沸石是一种新兴材料,被广泛应用于工业、农业、国防等部门,并且它的用途还在不断地开拓。沸石被用作离子交换剂、吸附分离剂、干燥剂、催化剂、水泥混合材料。在石油、化学工业中,用作石油炼制的催化裂化、氢化裂化和石油的化学异构化、重整、烷基化、歧化;气、液净化、分离和储存剂;硬水软化、海水淡化剂;特殊干燥剂(干燥空气、氮、烃类等)。在轻工行业用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、涂料充填剂和素质颜色等。在国防、空间技术、超真空技术、开发能源、电子工业等方面,用作吸附分离剂和干燥剂。在建材工业中,用作水泥水硬性活性掺和料,烧制人工轻骨料,制作轻质高强度板材和砖。在农业上用作土壤改良剂,能起保肥、保水、防止病虫害的作用。在禽畜业中,作饲料(猪、鸡)的添加剂和除臭剂等,可促进牲口成长,提高小鸡成活率。在环境保护方面,用来处理废气、废水,从废水废液中脱除或回收金属离子,脱除废水中放射性污染物。

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