沸石矿的工业要求

（1）吸附性和选择吸附性及用途

沸石晶体的大量孔穴和通道，使沸石具有很大的比表面积，据计算每克沸石的比表面积可达400～1000平方米(见表6—17)，孔穴体积可占沸石全部体积的50％。这就决定了沸石存在很大的“色散力”，加上特殊的分子结构而形成的较大静电引力，使沸石具有相当大的应力场。当“赶走”沸石内部的水以后，沸石内部空腔在应力场的作用下，对周围的气体、液体具有很大的吸附作用，表5—18为斜发沸石对天然气中的水分和CO₂的吸附情况。沸石的这种吸附作用还具有非线性的特点，在外界物质浓度低、高温、高速流动的情况下也能够有效地进行。工业上利用沸石这种特性制成干燥剂和吸附剂，用来吸附、分离某些气体和液体，特别是制成深度干燥剂比硅胶和合成分子筛效果更好。被吸附的物质，可以通过降压，增温，洗涤和更换吸附物质等办法释放出来，而且这个吸附和释放的过程可以循环进行。

表6—17                    沸石的比表面积表

由于各种沸石中的孔穴和通道有一定的大小，通道直径一般在3～11A之间，孔穴直径一般在6～15A之间。所以，有较大分子直径的物质就不能通过，小于通道直径的分子则有可能通过并被吸附；由于沸石晶格中的静电引力的不平衡性质，部分极性和可以被极化的分子可以被优先吸附而与其它分子分开。工业上利用沸石的吸附作用性的循环和选择吸附的性能，将沸石制成“分子筛”和用于分离、净化、提纯、浓缩某些气体和液体。用于“小分子”物质、易挥发、易反应、有毒、有害、放射性物质和色素异味的清除、储存、封闭和运输。制造防潮、防腐、防锈剂、除臭剂，农业上用来制造化肥、农药载体，用于农产品、蔬菜和水果的贮藏保鲜、脱水除臭。畜牧业利用沸石作家禽、家畜的饲料添加剂，改善饲养环境的卫生条件。还可以制成富氧装置，用于鱼苗运输、医疗卫生等部门。另外，沸石还可制成太阳能供暖、制冷装置，净化垃圾废物，利用其产生的甲烷，为人类开辟新能源。

(2)离子交换性和选择交换性及用途

 沸石中的钾、钠、钙等阳离子与结晶格架结合的不很紧密，具有在水溶液中与其它阳离子进行可逆交换的性质。交换后的沸石晶格结构不但不被破坏，反而改进了沸石的某些特性。这种交换性能的大小主要取决于沸石种类的不同，和铝硅比值，晶格中孔径大小，通道疏通情况，阳离子的位置和性质，以及交换环境的温度、压力、阳离子浓度，流速和PH值等因素有关。沸石的阳离子交换容量是相当大的，可以达到每克沸石交换阳离子2～5毫克当量，见表6—18。这样大的交换容量除了蛭石之外，是其它矿物所无法比拟的。

表6—18                    某些沸石的阳离子交换量表

                              ( 参考西村阳一)

沸石交换阳离子还具有选择性，更是其它矿物不具备的。试验表明，沸石进行阳离子交换时具有一定的顺序，如丝光沸石对于碱金属离子的交换顺序是：Cs⁺>Rb⁺>K⁺>Na₊>Li⁺，对碱土金属离子的交换顺序是：Ba⁺⁺>Sr⁺⁺>Ca⁺⁺>Mg⁺⁺。总的来看，一价阳离子比二价阳离子更容易交换。工业上利用沸石的阳离子交换性能，从海水、湖水、卤水、油气水和甘蔗碴中提钾及其它盐类，从油气中提取碘。使用沸石代替磺化煤做硬水软化剂，还用于海水淡化、净化工业用水和饮用水，在环保领域，用来处理城市污水和工厂“三废”，使“三废”达到排放标准，同时可回收有用金属。农业上用来提高土壤盐基交换能力和阳离子交换能力，控制土壤PH值，交换捕捉土壤中存在的对人们有害的镉、铜、铅、锌等重金属离子，改良土壤。将沸石撒入养鱼池，可以交换水中对鱼有害的铵离子和氨态氮，净化水质。在尖端技术方面，由于沸石的耐辐射性能较好，用于处理、回收、储存放射性废物，用来提高单一伽马射线生产效率，制造沸石超导体，还被用于分离、纯制和储存各种同位素。

(3)催化性和反应性及用途

沸石中的硅被铝置换后，出现的局部高电场和酸性位置，以及沸石具有的较大的孔穴，比表面积和阳离子交换性能，促使沸石对于许多反应具有催化活性。能够促使某些反应过程在沸石晶体内部的大孔穴、大表面积上加速进行。反应之后，生成的新物质又可以从沸石内部扩散释放出来、而沸石本身的晶体格架不被破坏。

沸石还可以载上具有催化性能的金属，如元素周期表中的Ⅷ族金属元素、稀土元素，铋、锑、银、铜等，做为催化剂的载体，使其具有更好的催化活性。也可以与其它催化剂一起使用，起到增效作用。

沸石能够在室温和几百度高温条件与四氯化碳发生化学反应，在作为硅酸盐水泥混合材时，具有参与水泥凝结过程中的脱铝—解硅—吸钙反应过程的性质。

工业上利用沸石的催化性和反应性，将其改型后作为催化剂或催化剂载体，分馏精制石油产品，制造有机废气催化剂，处理油漆、涂料和其它化工生产废气，用于纸浆漂白催化，利用沸石的反应性作为水泥混合材，也可用来制造多种用途的氧化还原试剂及参与其它化工方面的一些反应过程。

(4)耐酸性和热稳定性及用途

沸石具有很强的耐酸性，尤其是丝光沸石，样品在12N盐酸中，在100℃温度条件下，处理一小时，结构不受破坏。

沸石的耐热性也是相当高的，特别是高硅沸石，如丝光沸石可稳定在850℃到900℃以上，斜发沸石可稳定在750℃，持续2～12个小时，内部晶体结构不被破坏，温度再增加，沸石结构就开始破坏，到了1250℃，沸石开始起泡膨胀变成其它物质。

沸石的耐酸、耐热性大小主要是由沸石的成分决定。一般来说，硅铝比值较大的沸石，热稳定性较好，耐酸性较强。另外，阳离子的种类及相对含量也有很大影响，如富钙的斜发沸石在500℃时，结构即开始分解，而同一样品，用钾离子交换钙离子之后，加热温度达700℃～800℃时，晶体结构仍处于完好状态。

工业上利用沸石的耐高温特性，制造高温吸附剂。在建材方面还将用于制造膨胀陶粒和加气混凝土的发泡剂。利用沸石的耐酸性，制造酸性条件下使用的吸附剂、干燥剂，以及某些强酸条件下工作的材料和设备。

(5)其它用途

建材工业方面，被用来制造轻骨料、轻体墙板、轻质砌块、轻质陶瓷、固结材料和建筑石材等。

轻工业方面，作为纸张漂白剂、合成洗涤剂助剂、树脂、香料、化妆品、肥皂、牙膏、塑料、涂料、橡胶等产品的填料。还用于制作三合板接合剂、去污粉、彩色印刷颜料的填料、历史文物保护干燥剂等。

沸石具有远红外辐射性能，用来制造远红外辐射元件，用于烘烤食品、木材、纸张等。

最后，还应提到天然沸石和粘土矿物一样，对自然界外部条件反应非常灵敏，成为一种地质条件的良好“指示矿物”。可以根据不同的沸石矿物组合，研究和探讨矿床或其它地质体的成因，寻找与其有关的矿产、探讨地球发展历史等。

 2、工业指标现状和建议

（1）工业指标现状

沸石的工业指标有其自己的特点。一般指工业上对沸石岩中沸石矿物含量的要求，而对于沸石的理化技术特性要求，目前尚未列人工业指标之列。

由于沸石矿物一般粒度极小，只有几微米，岩矿鉴定用显微镜也很难观察辨认，因此直接测定沸石矿物含量是比较困难的。目前，除少数国家采用X射线衍射仪法直接测定外，我国及大多数国家是用间接计算法确定沸石含量的。一般先测定出各个样品的NH⁺离子交换量，然后按下列公式计算。

 沸石矿物含量=×100％……………………………（1）

式中分母（X）为纯沸石理论离子交换值，通常取丝光沸石（223毫克当量／100克〈med／100g〉和斜发沸石〈218毫克当量／100克〉）交换量的平均值220；

因为我国沸石成矿时代一般偏老，普遍遭受了后期水解作用，或多或少都发生了膨润土化。因而，浙江地质工作者提出了因蒙托石等矿物所引起的交换量这一修正常数值，然后从样品的总的离子交换量中减去该数值，从而使计算出的沸石矿物含量更接近实际。见公式（2）。

沸石矿物含量=………………………（2）

分子中P为样品中所测得的离子的总交换量，R是修正常数值，代表矿石中蒙托石等矿物所引起的交换量，通常取13或15。X含义同上。

目前沸石交换量（吸銨量）分析使用的单位为：mmol／g，因而上述计算沸石矿物含量的公式改写如下：

沸石矿物含量==

为了节省由交换值换算为沸石含量的大量工作，目前我国下达和使用的工业指标往往不是沸石矿物含量，而是直接下达交换值作为工业指标，用来作为基本分析项目和圈定矿体，这样做能够收到同样效果。只有在描述沸石质量时，才换算成矿物含量。以便说明沸石岩中有用矿物的比例。

由于我国尚未编制沸石储量规范，有关沸石工业指标的一般要求还没有确定，因此在国内使用的沸石工业指标较为混乱，表现在工业指标的确定权限不清，工业部门、地矿局、基层矿山和地质队都有自行下达或确定工业指标的，工业指标的项目不一致，有的用交换值，有的用K⁺交换值，有的使用沸石矿物含量，数据标准也不一致，如交换值有的要求达到130meq／100g(内蒙、安徽)，有的要求达到100meq／100g（河北、河南、广东），有的要求50—70 meq／100g（山东、吉林）等。由于各自资料标准不同，矿床资源储量和矿石含义不一致的状况，给沸石利用和统计等工作造成困难。

下面将我国部分沸石矿区使用的工业指标情况列表如后，请参考。

表6—19                     我国部分沸石矿区工业指标表    

（2）建议我国天然沸石评价使用如下工业指标

表6—20              建议我国天然沸石评价使用的工业指标   

表中指标数据是按斜发沸石来考虑的。为统一和简化划分标准，丝光沸石等也可套用这套工业指标标准。

需要指出的是，对于非建材用沸石来说，在评价时只考虑交换量，即沸石矿物含量这样一个指标是不够的。还需要根据不同用途对沸石某些性能提出具体要求(目前基本上没有这样做)，有时还要限制沸石岩中其他部分矿物含量。如提出沸石耐热性、耐酸性要求，对某些物质的吸附、交换能力的要求，限制蒙脱石等矿物的含量要求等等。总之，由于沸石应用的多样性，在下达各个矿区的工业指标时，只能根据不同情况加以确定。沸石矿物含量要求是其中最基本的要求，是圈定矿体、计算储量的依据。特别是对于那些已经确定做为水泥混合材的矿区和尚未确定用途的沸石矿区。仅以交换值做为评价工业指标即可，没有必要去进行大量的沸石性能研究和评价。上表所列指标建议，有待于今后应用实践中不断修改完善。