我国是世界上天然沸石储量丰富的国家之一, 据全国4 0 余处矿产地(含矿床和主要矿点)统计, 属于大中型的有31 处, 保有储量达27.8 亿吨, 资源总量超过10 亿吨, 居世界前三位, 我国天然沸石(岩) 以斜发沸石、丝光沸石为主, 这两种沸石均为世界上应用最广, 消耗量最多的矿物原料。
近三十年来, 我国在天然沸石的开发利用方面得以长足发展, 其应用涉及到建材、农牧、环保、轻工、石油化工和尖端技术领域。但是总体上来说, 我国对于天然沸石性能的认识和开发利用起步比较晚, 用于沸石(岩) 加工的技术和设备滞后, 产品多为低档次的“ 大路货” , 经济效益欠佳。因此, 加强对天然沸石深加工技术的开发研究, 并使其尽早转化为生产力,既是国民经济发展的需要和沸石加工企业的愿意, 也是天然沸石实现增效的重要途径。天然沸石(岩)的深层次加工与其它非金属矿加工一样, 需要多学科、多工种发挥协同作用。尤其是对矿物结构性能的研究和加工方案的优化、设备的配套选型及能耗等, 须经充分的可行性论证后方可启动。为了加快我国沸石产业结构调整步伐, 提高沸石制品科技含量, 以期获得更好的社会效益、生态效益和经济效益, 根据有关资料并结合我们的实践, 现就天然沸石(岩) 深加工方面几个问题探讨如下:
天然沸石的内部结构特征是其深加工的基础
随着科学技术的进步和现代测试手段的不断完善, 人们对沸石的内部结构及其特征的认识亦在不断深化, 对于不同种类沸石内部结构的差异性研究更具实用意义。天然沸石是一族含水的钠(钾)、钙或镁、钡等的架状铝酸盐矿物。其主要化学组分为SIO2 、Al2 O 3 、H2O 及碱或碱土金属, 其中 、Al20 3 之和约占沸石总量的50 % , 碱或碱土金属是以离子状态与SIO2 、Al2O3 结合在一起, 但其数量很有限。不同种类沸石的硅、铝比值是不相同的, 如斜发沸石、丝光沸石为高硅型沸石(s i : A l>4 ) : 菱沸石、钙十字沸石属于低硅型沸石(si : A l<2 )。沸石结构中硅铝比值的大、小直接影响着沸石的某些性能, 这在开发利用中很是值得注意的。沸石晶体结构比较特殊, 硅(铝) 氧四面体是构成沸石晶体的基本环, 由初始的单元环逐级组成双元环、多元环进而彼此结合成主要为三维空间的架状构造的沸石结晶多面体。值得指出的是上述硅(铝)氧四面体中, 因硅铝电价的不同而使结构体具有负电性, 于是钾、钠、钙等的阳离子便进人晶格中予以补偿。在某此条件下上述阳离子又极易被钙、镁、铜、银, 稀土元素或贵金属离子等置换。不同阳离子的置换对沸石晶体结构基本不产生影响, 但对其交换性能、吸咐性能催化性能等却影响很大。沸石晶体内部存在着大量的排列有序且大小均匀的开放式孔穴和通道(其孔径分别为0.6-0.5n m 和0.3一1n m ) , 在正常状态下“沸石水”分子填充于其中。
但因沸石水未进人结晶体的格架中, 所以当外界条件改变时“沸石水”便可较自由的排出或重新吸人。正是由于沸石晶体结构的这种特殊性, 才使得沸石具有良好有吸咐性、离子交换性, 催化性及载体功能等, 这也正是天然沸石之所以在诸多领域中得以应用的基础。然而, 由于天然沸石(岩) 自身存在的一定缺陷和不足, 尚且不能满足某些领域的功能性要求, 于是对天然沸石改性改型技术的发展, 便成为一种必然趋势。
