沸石(Zeolite)

一、沸石(Zeolite)

一、概述

沸石是沸石族矿物的总称，是一族含水的碱或碱土金属铝硅酸盐矿物。1756年由瑞典矿物学家在冰岛玄武岩杏仁体内发现沸石，对其晶体加热具明显泡沸现象，故得此名。

沸石分天然与合成两类，已发现天然沸石40多种，人工合成沸石150多种，由于从天然沸石矿中提取沸石成本低、产量高，故天然沸石矿是人们寻找、应用和研究的主要对象，为当今世界备受重视的新兴矿产资源。

二、矿物性质

沸石的矿物组成，除含沸石矿物（如斜发沸石、丝光沸石、菱沸石等其他种类的沸石）外，伴生的矿物还有石英、玉髓、蛋白石、方英石、蒙脱石、高岭石、长石、云母、绿泥石等矿物以及晶屑、玻屑、岩屑等。沸石族矿物主要为斜方晶系和单斜晶系，少数为等轴晶系、三方晶系。晶体多呈纤维状或束状、柱状等。颜色多为无色或白色及浅黄、浅绿、浅红、浅褐等色，硬度3.5～5.5，相对密度2.1～2.5g/cm3。

沸石的化学组成十分复杂，因种类不同有很大差异，沸石的一般化学式为AmBpO2p·nH2O，其中：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si，p为阳离子电价，m为阳离子数，n为水分子数。例如斜发沸石的化学式为：（Na、K、Ca）2-3［Al3（Al、Si）2Si13O36］·12H2O，丝光沸石化学式为：Na2Ca［AlSi5O12］4·12H2O。

三、用途

沸石的独特矿物结构和晶体化学性质使它具有强吸附性、离子交换及催化性能等，因此，沸石矿作为一种高效建材非金属矿种，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。

1）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）。

2）在轻工行业用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、涂料充填剂、素质颜色等。

3）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。

4）在国防、空间技术、超真空技术、能源开发、电子工业等方面，用作吸附分离剂和干燥剂。

5）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、除臭剂等，能使禽畜生长加快，体壮肉鲜，产蛋率高。

6）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，脱除废水中的放射性污染物。离子交换后饱和放射性物质的沸石，又可以作为辐射源使用。还可以从合成氨工厂的废气中回收氨，从硫酸厂的废气中回收SO2。

此外，天然沸石可应用于太阳能制冷方面。天然沸石无疑是颇有前途的矿物资源。

四、地质特征

沸石矿床的类型很多，分类方法也不一致，按地质成因可分为内生和外生沸石矿床两大类，内生成因的矿床一般不能形成大规模单矿物的堆积，暂无工业意义，而外生成因的矿床往往形成有重要价值的工业矿体。

原中国科学院地质研究所苏明迪等在《地质科学》（1983年第2期）发表的《中国东部中生代火山岩中沸石岩的地质特征和成因》一文中指出：在中国东部中生代火山岩中的沸石主要是由降落或喷溢在淡水湖盆地或陆地上的火山灰、火山灰流和火山熔岩中的火山玻璃在“开放体系”中与湖水、渗透地下水或火山活动后期的热水反应所形成的，进一步可分为两种成因亚类，一种亚类是指在远离火山通道的淡水湖盆地中由火山碎屑岩中的玻屑在成岩作用期间与水介质反应生成的沸石岩，以产出斜发沸石为特征，多呈层状、似层状，甚至多层状，具有规模较大、质量较均匀等特点。如黑龙江海林县、勃利县，河北省围场县、宣化县、蔚县等地的沸石岩便属此类。另一种亚类是指距火山通道不远的玻璃质火山熔岩及其伴生的部分火山碎屑岩，在它们形成后，与渗透地下水或火山活动后期的热水反应形成的。以产出丝光沸石为特征，多呈透镜体状、似层状，大多数规模较小，质量不均匀，如浙江缙云县、吉林九台县、辽宁彰武县、安徽宣城县等地的沸石岩属于此类。这两种成因亚类的沸石岩都可能具有工业意义。

中国东部中生代火山岩中沸石岩的成因分类见表2-24-1。

表2-24-1中国东部中生代火山岩中沸石岩的成因分类

（据戴长禄《中国东部中生代火山岩中沸石岩的地质特征和成因》，1983）

五、矿床分布

沸石族矿物是一种富含水的K、Na、Ca、Ba铝硅酸盐。形成沸石族矿物的先决条件是必须有富含足够水分的碱和碱土金属的铝硅酸盐等成矿物质，因此各个地区沸石矿床的形成时代与分布特征，都与每个地区的火山活动密切相关，国内外沸石矿床多集中于新生代和中生代后期。从世界范围看，沸石岩一般产在厚层沉积的和同生的火山作用较年轻的（主要是新生代，其次为中生代）造山带，主要集中分布在环太平洋地区和古地中海地区。中国东部濒临太平洋，属环太平洋造山带的一部分，故我国已知的沸石矿床大多分布于东部火山岩地区，处于新华夏系构造的第二隆起带及第二沉降带之边缘，这些地区的沸石矿床主要形成于晚侏罗世和早白垩世。总的趋势是从东向西沸石产出时代有变新的倾向，这与我国东部中生代地质构造发展和火山活动有关。

六、可供资源

我国是一个沸石资源丰富的国家。自1972年首次在浙江缙云发现具有工业价值的沸石矿床以来，浙江省已成为沸石的主要产地，具体分布在浙东缙云—天台一带。

近年来发现的沸石岩产地，主要分布于我国东部浙江、山东、河北、黑龙江、河南、吉林、辽宁、内蒙古、广东、广西、安徽及西部的新疆、甘肃等省区。据2005年国土资源部《全国矿产资源储量通报》统计，全国已有16个省、自治区相继发现沸石岩矿区41处。其中浙江缙云、河北独石山、黑龙江海林沸石矿是我国较大型的3个沸石矿，查明资源储量约22.55×108t（见表2-24-2）。

表2-24-2中国沸石矿床查明资源储量的分布情况

（据国土资源部《全国矿产资源储量通报》，2005）

二、沸石是什么 沸石能用来干什么

1756年，有个名叫克朗斯提（Cronstedt）的瑞典矿物学家，一次偶然机会发现了一种矿石在灼烧时，孔道中的水急速气化排出，好像沸腾了似的，因此将这种石头命名为“沸石”（英文zeolite）。

沸石是如何形成的？

在上亿年前，地球上的火山喷发出来的灼热岩浆流入冰冷的海水，在水火交融的一瞬间形成了美丽的结晶体沉入了海底，经过上亿年的地表运动就形成了像宝石一般美丽的矿石——沸石。

沸石的结构跟特点是什么？

沸石具有架状结构，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。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。

沸石的晶体构造可分为三种组分：

(1)铝硅酸盐骨架

(2）骨架内含可交换阳离子M的孔道和空洞

(3）潜在相的水分子，即沸石水。

沸石的构造与石英、长石的骨架有些不同。石英、长石的骨架构造比较严紧，比重2.6~2.7，而沸石的骨架构造比较空疏，比重2.0~2.2。其脱水后的空腔可大至47%，如菱沸石，甚至50%，如合成沸石。

沸石的特性？

沸石是一族含水的具有连通孔道的呈架状构造的碱或碱土金属的硅酸盐或铝硅酸盐矿物；沸石具有很好的热稳定性和吸附性能，广泛应用于农业、石油化工、建筑材料、陶瓷、冶金、医药、催化剂、洗涤助剂、日用化工等领域。

1）离子交换性能

离子交换性是沸石岩重要性质之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca等阳离子和水分子与格架结合得不紧，极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用，交换后的沸石晶格结构也不被破坏。据查证，国内斜发沸石岩对NH4+离子的总交换容量在50~220 mmol/100g之间变化，对K+离子的总交换容量一般为9~26mg/g，极少数在9mg/g以下。而丝光沸石岩对NH4+离子的总交换容量一般为50~188.73 mmol/100g，K+离子的总交换容量一般为1~9mg/g，极少数在9mg/g以上。故斜发沸石岩和丝光沸石岩的NH4+离子交换容量均较高，但丝光沸石岩的K+离子交换容量大大低于斜发沸石岩，这是由其内部结构等特点决定的。

2）吸附性能

沸石具有很大的比表面积（500-1000米2/克）因而能产生较大的扩散力，故可用作出色的吸附剂。沸石晶格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，并与外界沟通。孔穴和通道的体积占沸石晶体体积的50%以上，其中存在许多脱附自由的沸石水。沸石水的多少，可随外界的温度和湿度变化而变化。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（约3~11Å），各种不同的沸石，其直径也不同，小于这个直径的物质能被其吸附，而大于这个直径的物质则被排除在外。这种现象被称为“分子筛”作用。但并非所有的沸石都能起分子筛作用。有些沸石孔径太小，就没有筛分分子的作用。沸石不仅具有吸附水的性能，而且还具有吸附氧化钙、SO2、F2、氮、铵、甲醇以及吸附放射性物质的性能，以浙江缙云丝光沸石为例，吸附氧化钙为150.01mg/g，吸铵量177.47mmol/100g，SO2120mg/g，氮吸附量（STP）为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，可以容纳相当多数量的吸附物质，因而能促使化学反应在其表面上进行，所以沸石又作为有效的催化剂和催化载体。另外沸石有铝硅酸盐格架电荷，以及平衡离子的电荷，具有局部的高电场和格架上产生酸性位置，因而可以用于加速碳离子型的反应。此外它还能以交换具有催化活性的金属（如Pt、Pa等），使其能得到最大程度的分散，保持高的活性同时又可减少贵金属的用量。

4）热稳定性

沸石岩的热稳定性与沸石岩中所含阳离子的种类、沸石的硅铝比、沸石的内部结构等因素有关。就热稳定性而言，一般丝光沸石优于斜发沸石和方沸石，钾型或钠型沸石优于钙型或钾钙型斜发沸石，（我国斜发沸石属于后者），高硅沸石优于低硅沸石（我国的沸石属于高硅沸石）。国内沸石岩的热稳定性各地不一。浙江省缙云县老虎头斜发沸石，连续加热650℃12小时后，原有结构大部保持，但加热到800℃时结构全被破坏。而河北省围场斜发沸石岩加热到350-450℃，沸石晶体结构受到破坏，而河北赤城独石口斜发沸石岩加热到600-700℃（保温2小时），沸石晶体结构才完全破坏。

5）耐酸性

沸石具有良好的耐酸性，如山东省斜发沸石和丝光沸石岩用不同浓度的盐酸在100°C下处理2小时，试验证明两者均有较强的耐酸性，其中斜发沸石在4N盐酸中处理，丝光沸石在10mol/L盐酸中处理，晶体结构均未被破坏。

此外，沸石还具有化学反应性、远红外辐射性、可逆脱水性等工艺性能。

来自：沸石的作用原理

三、沸石是什么

沸石（zeolite）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、钼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。

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）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。

没有人吃过！

四、沸石是什么啊

沸石（zeolite）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。

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。