高純斜發(fā)沸石的發(fā)現及其應用價值

黃 強，郭銀祥

（中材地質工程勘查研究院，北京 100102）

高純斜發(fā)沸石的發(fā)現及其應用價值

黃 強，郭銀祥

（中材地質工程勘查研究院，北京 100102）

斜發(fā)沸石資源非常豐富，但天然產出的礦石很少有高純的。由于沸石礦物結晶晶粒細比較難提純，因此，盡管斜發(fā)沸石有許多優(yōu)越的性能，因沒有純凈的經濟的產品，到目前為止還沒有在高技術領域應用的先例。本文介紹一個近年發(fā)現的高純天然斜發(fā)沸石礦及礦石性能，希望由它帶動斜發(fā)沸石在高技術領域的應用研究，以促進高附加值產品的開發(fā)。

斜發(fā)沸石；高純；高技術領域；應用

斜發(fā)沸石1890年首先發(fā)現于美國，我國則是1972年在浙江縉云縣首次發(fā)現，其理想分子式為：(1/2Ca,Na,K)8[Si40Al8O96]·32H2O。其主要物理化學性質有離子交換性、吸附性、化學活性、催化性等，目前主要的應用領域為：建筑材料(包括水泥混合材、混凝土礦物添加劑、沸石質輕骨料等)、動物飼料添加劑、水產養(yǎng)殖業(yè)氨氮吸附劑、動物墊料、土壤改良劑、環(huán)境材料等。

本文作者發(fā)現的高純斜發(fā)沸石礦位于華北地臺的張家口—承德一帶，礦石經XRD檢測確認為純斜發(fā)沸石相，CEC達到210mmol/100g，目前正在做工業(yè)應用試驗，涉及海水提鉀、氣體分離等領域。

1 礦床地質特征

礦床位于華北地臺，距離我國著名的赤城獨石口沸石礦不足100km，礦床的產出時代為晚侏羅世，礦體呈似層狀，厚度3～10m，產狀單斜緩傾，10°∠15°，目前尚未進行正規(guī)地質工作，初步追索確定礦體走向延長約有70m，上下圍巖為凝灰?guī)r、角礫狀凝灰?guī)r、珍珠巖。礦石由珍珠巖和/或凝灰?guī)r蝕變形成。

2 礦石性質

礦石以淺黃色為主，兼有淺灰色，表面十分細膩，貝狀斷口，密度1.90g/cm3，礦石硬度較小，莫氏硬度約為4，易于破碎。

礦石薄片觀察具有顯著的光性顯示，但無法分辨晶粒，在單偏光下為全透明，在正交偏光下半透明，在掃描電鏡下由于礦石由單一礦物組成，又十分致密，觀察不到晶體形態(tài)，只能見到礦石的斷口形貌(見圖1)，由此判斷礦石的礦物結晶粒度不大于1μm。

礦石XRD分析結果見圖2，為高純斜發(fā)沸石物相。

礦石化學成分分析結果為(%)：SiO269.20，Al2O311.65，Fe2O30.48，CaO 3.27，MgO 0.50，K2O 2.89，Na2O 0.53，MnO 0.01，SrO 0.06，LOI 11.04。由此分析結果計算的斜發(fā)沸石分子式：(K2.08Na0.59Ca1.96Mg0.42Fe3+0.20Al0.49)(Si38.69Al9.31O96)·32H2O。從化學成分看，礦石具有約3%的可交換性K2O，今后在開發(fā)利用時其尾礦可用于農業(yè)的土壤改良劑，具有一定的鉀肥肥效。其次，礦石的Fe2O3含量較低，礦石粉的白度較高，原粉白度達到80%，計算結果認為Fe3+是以可交換形式存在，其礦粉在改性時白度會大幅度提高，對礦石原粉進行鈉交換后，白度可提高到91%。

沸石產品的另一個重要指標是陽離子交換容量，國內外商業(yè)斜發(fā)沸石產品高檔的CEC也只有170mmol/100g，產品中含有石英、長石和火山玻璃等雜相礦物，影響交換量。本礦石XRD測試達到純相斜發(fā)沸石，批量礦石加工的礦粉CEC達到210mmol/100g，比目前市售高檔斜發(fā)沸石的交換量高25%。由于礦石礦物結晶粒度較小，礦粉的離子交換速度更快，可以實現產品的快速改性，一般0.1～0.2mm的粉末在交換柱中只需30min就可完成Na+或離子的改型。

斜發(fā)沸石屬高硅沸石，結構穩(wěn)定性較高，單相礦石的穩(wěn)定性會更高，以往的斜發(fā)沸石產品結構穩(wěn)定性一般只有400～700℃，例如河北圍場鹿圈礦，斜發(fā)沸石含量55%，450℃2h后沸石結構完全破壞；河北赤城獨石口礦，斜發(fā)沸石含量75%，600℃2h后結構完好無損，700℃2h后結構受損，XRD(020)強度只有原有的50%。本礦石斜發(fā)沸石含量100%，700℃2h后結構未受損，700℃6h后結構輕微受損，XRD(020)強度為原有的90%，此時，礦石的熱失重為12.3%，800℃2h后結構受損，XRD(020)強度為原有的10%。

天然沸石不耐堿，Na(OH)、Na2CO3及Ca(OH)2均可破壞斜發(fā)沸石結構，但其耐酸性比較強，本礦石0.1～0.3mm顆粒在濃度為1mol/L的HCl中100℃煮2h，結構未破壞；在2mol/L的HCl中100℃煮2h，結構也無破壞；在4mol/L的HCl中100℃煮2h，結構受損，XRD(020)強度為原有的55%。

3 應用前景

研究發(fā)現斜發(fā)沸石的陽離子交換順序為：Cs+>Rb+>>K+>Na+>Li+，因此，斜發(fā)沸石可用于海水提鉀，已有的試驗證實，斜發(fā)沸石(含量50%～75%)的K+交換容量為13.4～19.5mg/g。本礦石的K+交換容量為23.8mg/g，如果海水提鉀裝置以本礦石為介質可提高效率20%以上，目前，該礦石已提供給海水提鉀項目組進行中試。

由于斜發(fā)沸石以前沒有高純商品，所以沒有在催化和氣體分離等高技術領域進行產業(yè)化試驗。本礦石已經多家應用機構化驗，證實了它的高純品質，具有耐高溫、耐酸、結構相對穩(wěn)定等特性，引起相關技術人員的重視，目前正在進行高技術領域的相關應用研究。

P619.217;TD985

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1007-9386(2010)05-0017-01

2010-07-16