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用珍珠巖合成沸石分子篩

珍珠巖是火山噴發(fā)時(shí)酸性熔巖快速冷卻形成的一種玻璃質(zhì)巖石。根據(jù)化學(xué)成分測(cè)定，珍珠巖主要含有sio2和al2o3，此外還含有幾種質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低的氧化物。珍珠巖的特性之一是它在高溫下受熱膨脹，形成無(wú)毒、重量輕、蜂窩狀結(jié)構(gòu)的粒狀無(wú)機(jī)材料。其主要目的是生產(chǎn)膨脹珍珠巖及其制品。但在加工膨脹珍珠巖制品時(shí)，對(duì)礦砂的粒度有一定的要求，不符合要求的珍珠巖尾礦（粒徑>212μm）經(jīng)常被丟棄，不僅浪費(fèi)資源，珍珠巖尾礦中含有大量的硅和鋁，可以為沸石分子篩的合成提供廉價(jià)的硅、鋁源。

煤矸石合成沸石分子篩

煤矸石是一種含碳量低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石，在成煤過(guò)程中與煤層共生，其產(chǎn)量占原煤產(chǎn)量的10%～15%。煤矸石的主要用途有發(fā)電、回填、土地復(fù)墾、建材生產(chǎn)、礦產(chǎn)品和化工產(chǎn)品。合成沸石的原料一般是化學(xué)原料。煤矸石中含有al2o3、sio2和少量Na，是合成沸石所必需的。因此，煤矸石可以作為合成沸石的原料，以緩解原料供應(yīng)不足的問(wèn)題。目前，煤矸石分子篩的制備方法主要有三種：水熱合成法、堿熔法和水蒸氣法。由于沸石顆粒由表面到內(nèi)部的水熱反應(yīng)，其粒徑分布較寬。蒸汽法的優(yōu)點(diǎn)是不經(jīng)過(guò)凝膠階段，過(guò)程短。微波輔助水熱合成是在一步水熱合成的基礎(chǔ)上，用微波加熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱方法。在粉煤灰合成沸石過(guò)程中，微波輔助加熱可以提高沸石的結(jié)晶速率，縮短沸石的結(jié)晶時(shí)間，為煤矸石微波輔助合成沸石分子篩提供了參考。因此，傳統(tǒng)加熱與微波加熱耦合在分子篩合成中具有良好的發(fā)展前景。

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視頻作者：蕪湖紅花山沸石礦業(yè)有限公司

沸石分子篩的晶體結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)組分：（1）鋁硅酸鹽骨架，（2）骨架中含有可交換陽(yáng)離子m的孔洞，（3）位相水分子，即沸石水。

沸石的結(jié)構(gòu)不同于石英和長(zhǎng)石。石英和長(zhǎng)石的骨架結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，比重為2.6-2.7；沸石的骨架結(jié)構(gòu)相對(duì)稀疏，比重為2.0-2.2。脫水空腔可大達(dá)47%，如菱晶石，甚至50%如合成沸石。

在長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)中，金屬離子被限制在由氧離子組成的晶體骨架的空隙中。除非晶體被破壞，否則這些金屬陽(yáng)離子很難自由移動(dòng)。當(dāng)Ca交換Na或K時(shí)，必須同時(shí)進(jìn)行Si和Al的置換，即成對(duì)置換，這必然會(huì)引起Si/AI比值的變化。

在類長(zhǎng)石結(jié)構(gòu)中，金屬離子分布在相對(duì)開(kāi)放的互聯(lián)空間中，比重為2.14~2.45。陽(yáng)離子可以通過(guò)結(jié)構(gòu)途徑相互交換而不破壞晶體結(jié)構(gòu)。方鈉石和霞石曾被認(rèn)為是沸石族礦物。

在分子篩結(jié)構(gòu)中，金屬陽(yáng)離子位于晶體結(jié)構(gòu)較大的孔或空穴中，并相互連接。因此，陽(yáng)離子可以通過(guò)通道自由交換而不影響晶體結(jié)構(gòu)。沸石中易發(fā)生2（Na，K）（Ca2+）的交換，而長(zhǎng)石中不易發(fā)生。這種交換形式可能是離子交換的一種極端形式，限于沸石和類似礦物。

一般來(lái)說(shuō)，沸石分子篩的水分子是弱的，與骨架離子和可交換的金屬離子松弛。這些水分子比陽(yáng)離子更自由地移動(dòng)和進(jìn)出通道。在熱的作用下，它可以自由地分離和附著，而不影響其骨架結(jié)構(gòu)。

埋藏深度沸石的分布有明顯的垂直帶性。密度較小的水化物往往靠近地表,隨深度增大,沸石逐漸相變?yōu)闊o(wú)水的架狀鋁硅酸鹽礦物(如長(zhǎng)石)。日本九州北部的沸石礦床自地表向下可分為四個(gè)帶:

①深度0.9~2.0km為斜發(fā)沸石、絲光沸石和方英石帶;

②深度2.0~2.8km為片沸石、方沸石、石英鈣長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石帶;

③深度2.8~3.0km為濁沸石、石英鈉長(zhǎng)石、綠簾石、綠泥石和鉀長(zhǎng)石帶

④深度3.0~5.0km為石英鈉長(zhǎng)石、白云母、綠泥石和鉀長(zhǎng)石帶。

這種分帶性一般認(rèn)為和地?zé)崽荻取⒐腆w壓力、裂隙溶液的化學(xué)梯度、巖石的礦物成分和化學(xué)成分生成年代等諸因素有關(guān)。