沸石是一種礦石,最早發(fā)現(xiàn)于1756年。瑞典的礦物學(xué)家克朗斯提(Cronstedt)發(fā)現(xiàn)有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象,因此命名為“沸石”(瑞典文zeolit)。在希臘文中意為“沸騰”(zeo)的“石頭”(lithos)。此后,人們對(duì)沸石的研究不斷深入。
沸石的一般化學(xué)式為:AmBpO2p·nH2O,結(jié)構(gòu)式為 A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O) 其中:A為Ca、Na、K、Ba、Sr等陽離子,B為Al和Si,p為陽離子化合價(jià),m為陽離子數(shù),n為水分子數(shù),x為Al原子數(shù),y為Si原子數(shù),(y/x)通常在1~5之間,(x+y)是單位晶胞中四面體的個(gè)數(shù)。
自然界已發(fā)現(xiàn)的沸石有30多種,較常見的有[1]方沸石、菱沸石、鈣沸石、片沸石、鈉沸石、絲光沸石、輝沸石等,都以含鈣、鈉為主。它們含水量的多少隨外界溫度和濕度的變化而變化。晶體所屬晶系隨礦物種的不同而異,以單斜晶系和正交晶系(斜方晶系)的占多數(shù)。方沸石、菱沸石常呈等軸狀晶形,片沸石、輝沸石呈板狀,毛沸石、絲光沸石呈針狀或纖維狀,鈣十字沸石和輝沸石雙晶常見。純凈的各種沸石均為無色或白色,但可因混入雜質(zhì)而呈各種淺色。玻璃光澤。解理隨晶體結(jié)構(gòu)而異。莫氏硬度中等。比重介于2.0~2.3,含鋇的則可達(dá)2.5~2.8。沸石主要形成于低溫?zé)嵋弘A段,常見于噴出巖氣孔中,也見于熱液礦床和近代溫泉沉積中。沸石可以借水的滲濾作用,以進(jìn)行陽離子的交換,其成分中的鈉、鈣離子可與水溶液中的鉀、鎂等離子交換,工業(yè)上用以軟化硬水。沸石的晶體結(jié)構(gòu)是由硅(鋁)氧四面體連成三維的格架,格架中有各種大小不同的空穴和通道,具有很大的開放性。堿金屬或堿土金屬離子和水分子均分布在空穴和通道中,與格架的聯(lián)系較弱。不同的離子交換對(duì)沸石結(jié)構(gòu)影響很小,但使沸石的性質(zhì)發(fā)生變化。晶格中存在的大小不同空腔,可以吸取或過濾大小不同的其他物質(zhì)的分子。工業(yè)上常將其作為分子篩,以凈化或分離混合成分的物質(zhì) ,如氣體分離、石油凈化、處理工業(yè)污染等。
沸石沸石有很多種,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的就有36種。它們的共同特點(diǎn)就是具有架狀結(jié)構(gòu),就是說在它們的晶體內(nèi),分子像搭架子似地連在一起,中間形成很多空腔。因?yàn)樵谶@些空腔里還存在很多水分子,因此它們是含水礦物。這些水分在遇到高溫時(shí)會(huì)排出來,比如用火焰去燒時(shí),大多數(shù)沸石便會(huì)膨脹發(fā)泡,像是沸騰一般。沸石的名字就是因此而來。不同的沸石具有不同的形態(tài),如方沸石和菱沸石一般為軸狀晶體,片沸石和輝沸石則呈板狀,絲光沸石又成了針狀或纖維狀等等。各種沸石如果內(nèi)部純凈的話,它們應(yīng)該是無色或白色,但是如果內(nèi)部混入了其他雜質(zhì),便會(huì)顯出各種淺淺的顏色來。沸石還具有玻璃樣的光澤。我們知道沸石中的水分可以跑出來,但這并不會(huì)破壞沸石內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)。因此,它還可以再重新吸收水或其他液體。于是,這也成了人們利用沸石的一個(gè)特點(diǎn)。我們可以用沸石來分離煉油時(shí)產(chǎn)生的一些物質(zhì),可以讓它使空氣變得干燥,可以讓它吸附某些污染物,凈化和干燥酒精等等。沸石礦物有很廣的分布。特別多見于由火山碎屑形成的沉積巖石中。在土壤中也有發(fā)現(xiàn)。
【發(fā)現(xiàn)】
沸石最早發(fā)現(xiàn)于1756年。瑞典的礦物學(xué)家克朗斯提(Cronstedt)發(fā)現(xiàn)有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象,因此命名為“沸石”(瑞典文zeolit),在希臘文中意為“沸騰”(zeo)的“石頭”(lithos)。此后,人們對(duì)沸石的研究不斷深入。
1932年,McBain提出了“分子篩”的概念。表示可以在分子水平上篩分物質(zhì)的多孔材料。雖然沸石只是分子篩的一種,但是沸石在其中最具代表性,因此“沸石”和“分子篩”這兩個(gè)詞經(jīng)常被混用。人造沸石是:磺酸化聚苯乙烯; 天然沸石:鋁硅酸鈉。
【用途】
吸附劑和干燥劑
催化劑
洗滌劑
其他用途(污水處理、土壤改良劑、飼料添加劑)
【特性】
沸石沸石是沸石族礦物的總稱,是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸礦物。按沸石礦物特征分為架狀、片狀、纖維狀及未分類四種,按孔道體系特征分為一維、二維、三維體系。任何沸石都由硅氧四面體和鋁氧四面體組成。四面體只能以頂點(diǎn)相連,即共用一個(gè)氧原子,而不能“邊”或“面”相連。鋁氧四面體本身不能相連,其間至少有一個(gè)硅氧四面體。而硅氧四面體可以直接相連。硅氧四面體中的硅,可被鋁原子置換而構(gòu)成鋁氧四面體。但鋁原子是三價(jià)的,所以在鋁氧四面體中,有一個(gè)氧原子的電價(jià)沒有得到中和,而產(chǎn)生電荷不平衡,使整個(gè)鋁氧四面體帶負(fù)電。為了保持中性,必須有帶正電的離子來抵消,一般是由堿金屬和堿土金屬離子來補(bǔ)償,如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金屬離子。由于沸石具有獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和結(jié)晶化學(xué)性質(zhì),因而使沸石擁有多種可供工農(nóng)業(yè)利用的特性。
世界上已發(fā)現(xiàn)的天然沸石一般為淺灰色,有時(shí)為肉紅色。拿在手上明顯感到比一般石頭輕,這是因?yàn)榉惺瘍?nèi)部充滿了細(xì)微的孔穴和通道,比蜂房要復(fù)雜得多。假如把沸石比作旅館,那么1立方微米的這種“超級(jí)旅館”內(nèi)竟有100萬個(gè)“房間”!的這些房間能根據(jù)“旅客”(分子和離子)的性別、高矮、胖瘦、嗜好的不同自動(dòng)開門或擋駕,絕對(duì)不會(huì)讓“胖子”到“瘦子”的房間去,也不會(huì)使高個(gè)子與矮個(gè)子同住一室。根據(jù)沸石的這一特性,人們用它來篩選分子,獲得很好的效果。這對(duì)在工業(yè)廢液中回收銅、鉛、鎘、鎳、鉬等金屬微粒具有特別重要的意義。
沸石具有吸附性、離子交換性、催化和耐酸耐熱等性能,因此被廣泛用作吸附劑、離子交換劑和催化劑,也可用于氣體的干燥、凈化和污水處理等方面。沸石還具有“營(yíng)養(yǎng)”價(jià)值。在飼料中添加5%的沸石粉,能使禽畜生長(zhǎng)加快,體壯肉鮮,產(chǎn)蛋率高。
由于沸石的多孔性硅酸鹽性質(zhì),小孔中存有一定量的空氣,常被用于防暴沸。在加熱時(shí),小孔內(nèi)的空氣逸出,起到了氣化核的作用,小氣泡很容易在其邊角上形成。
天然沸石是一種新興材料,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等部門,并且它的用途還在不斷地開拓。沸石被用作離子交換劑、吸附分離劑、干燥劑、催化劑、水泥混合材料。在石油、化學(xué)工業(yè)中,用作石油煉制的催化裂化、氫化裂化和石油的化學(xué)異構(gòu)化、重整、烷基化、歧化;氣、液凈化、分離和儲(chǔ)存劑;硬水軟化、海水淡化劑;特殊干燥劑(干燥空氣、氮、烴類等)。在輕工行業(yè)用于造紙、合成橡膠、塑料、樹脂、涂料充填劑和素質(zhì)顏色等。在國(guó)防、空間技術(shù)、超真空技術(shù)、開發(fā)能源、電子工業(yè)等方面,用作吸附分離劑和干燥劑。在建材工業(yè)中,用作水泥水硬性活性摻和料,燒制人工輕骨料,制作輕質(zhì)高強(qiáng)度板材和磚。在農(nóng)業(yè)上用作土壤改良劑,能起保肥、保水、防止病蟲害的作用。在禽畜業(yè)中,作飼料(豬、雞)的添加劑和除臭劑等,可促進(jìn)牲口成長(zhǎng),提高小雞成活率。在環(huán)境保護(hù)方面,用來處理廢氣、廢水,從廢水廢液中脫除或回收金屬離子,脫除廢水中放射性污染物。
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