濰坊市坊子區養殖水質改良劑廠（濰坊沸石生物技術開發中心）
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沸石及其對土壤修復、水處理的作用
信息來源：濰坊沸石生物技術開發中心 作者：
沸石是一族含水的具有連通孔道的呈架狀構造的堿或堿土金屬的硅酸鹽或鋁硅酸鹽礦物；沸石是具有較高經濟價值的礦產資源，是從20世紀50年代發展起來的新型非金屬工業原料。隨著現代化經濟建設的發展和科學技術水平的提高，人們加深了對沸石礦產的成礦地質特征和工業應用的認識。由于沸石具有獨特的物理化學性能，在工農業生產、環境保護綠色食品等方面的使用日益廣泛。在其它領域里潛在的新用途也正在引起人們的高度重視。沸石的開發應用研究工作已取得新成果并被廣泛的利用。
沸石礦床的分類
根據礦床的成因，沸石礦床分為內生沸石礦床和外生沸石礦床兩大類型。
內生地質條件下，一般不能形成大規模的單礦物的大型礦床，內生成因的沸石為低洼沸石。其工業意義尚待進一步研究。外生沸石礦床，產于沉積巖中的沉積巖型沸石礦床，常常形成大型工業礦床，具有很大的工業價值。外生沸石礦床類型很多，分類的方法也不一致，獨聯體國家將沉積巖中的沸石礦床，根據形成條件、成分、以及與一定巖石組合共生等特點，劃分為四個類型：
1）沉積成巖型
此類型沸石屬高硅沸石，主要為斜發沸石、絲光沸石，它們分散在白堊紀和早第三紀的正常海相條件下形成的沉積巖中如細粒砂、硅質粘土、蛋白土、碳酸鹽類巖石和磷塊巖等，這些巖石中通常富含生物化學成因的氧化硅。
2）凝灰沉積型
此類礦床通常是由堿性偏高的海、湖盆地內的凝灰巖中的火山玻璃轉變而成的。沸石為斜發沸石、鈣交沸石、絲光沸石、毛沸石及菱沸石等。常形成近單礦物沸石巖的大型礦床。
3）后成型
此類礦床通常發育在中生代的厚層砂巖中，埋深相當大，沸石為濁沸石，間或為桿沸石、鈣沸石和其他沸石。濁沸石是由砂巖膠結物和碎屑顆粒（常為鈣質斜長石）形成的。
4）風化殼型
此類礦床發育于堿性巖漿巖風化殼的下部層位中，在某些鋁土礦礦床中常有小型的沸石礦，沸石為鈣交沸石、菱沸石和片沸石等。
自然界中已發現的沸石礦物約有40多種，但目前真正能形成規模較大的工業礦床有：斜發沸石、絲光沸石、菱沸石、毛沸石、鈣十字沸石等五種。而我國真正被利用的主要是斜發沸石和絲光沸石。
沸石的物理性質
斜發沸石（Na [Al Si5O12]·4H2O）：一般為白色、淡黃色。呈板條狀、片狀、針狀，不規則粒狀及細脈狀。顆粒直徑一般在0.02~0.05mm。硬度為3.5~4，密度>2.15。顯微鏡下無色透明，負突起，Ng=1.476，NP=1.472。二軸晶（－）。2V=600~700。陽離子以Na+、K+為主，Ca+次之。Si/Al=4.25~5.25。
絲光沸石(CaNa2K2) [Al Si5O12]2·7H2O：礦物多為白色、黃色、粉紅色。晶體呈針狀、毛發狀、纖維狀集合體或扇形或放射狀集合體。纖維長0.01~0.03mm。硬度3~4，密度>2.15。二軸晶（±）。2V=700~1040。具二維孔道體系。一組⊥b軸,孔徑為219~517。陽離子以Na+為主，Ca+、K+次之。Si/Al=4.17~5.00。
沸石的化學性質
1）離子交換性能
離子交換性是沸石巖重要性質之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結合得不緊，極易與其周圍水溶液里的陽離子發生交換作用，交換后的沸石晶格結構也不被破壞。據查證，國內斜發沸石巖對NH4+離子的總交換容量在50~220 mmol/100g之間變化，對K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g，極少數在9mg/g以下。而絲光沸石巖對NH4+離子的總交換容量一般為50~188.73 mmol/100g，K+離子的總交換容量一般為1~9mg/g，極少數在9mg/g以上。故斜發沸石巖和絲光沸石巖的NH4+離子交換容量均較高，但絲光沸石巖的K+離子交換容量大大低于斜發沸石巖，這是由其內部結構等特點決定的。
2）吸附性能
沸石具有很大的比表面積（500-1000米2/克）因而能產生較大的擴散力，故可用作出色的吸附劑。沸石晶格內部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴之間通過開口的通道彼此相連，并與外界溝通。孔穴和通道的體積占沸石晶體體積的50%以上，其中存在許多脫附自由的沸石水。沸石水的多少，可隨外界的溫度和濕度變化而變化。沸石內部的孔穴和通道，在一定的物理化學條件下，具有精確而固定的直徑（約3~11Å），各種不同的沸石，其直徑也不同，小于這個直徑的物質能被其吸附，而大于這個直徑的物質則被排除在外。這種現象被稱為“分子篩”作用。但并非所有的沸石都能起分子篩作用。有些沸石孔徑太小，就沒有篩分分子的作用。沸石不僅具有吸附水的性能，而且還具有吸附氧化鈣、SO2、F2、氮、銨、甲醇以及吸附放射性物質的性能，以浙江縉云絲光沸石為例，吸附氧化鈣為150.01mg/g，吸銨量177.47mmol/100g，SO2120mg/g，氮吸附量（STP）為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，可以容納相當多數量的吸附物質，因而能促使化學反應在其表面上進行，所以沸石又作為有效的催化劑和催化載體。另外沸石有鋁硅酸鹽格架電荷，以及平衡離子的電荷，具有局部的高電場和格架上產生酸性位置，因而可以用于加速碳離子型的反應。此外它還能以交換具有催化活性的金屬（如Pt、Pa等），使其能得到最大程度的分散，保持高的活性同時又可減少貴金屬的用量。
4）熱穩定性
沸石巖的熱穩定性與沸石巖中所含陽離子的種類、沸石的硅鋁比、沸石的內部結構等因素有關。就熱穩定性而言，一般絲光沸石優于斜發沸石和方沸石，鉀型或鈉型沸石優于鈣型或鉀鈣型斜發沸石，（我國斜發沸石屬于后者），高硅沸石優于低硅沸石（我國的沸石屬于高硅沸石）。國內沸石巖的熱穩定性各地不一。浙江省縉云縣老虎頭斜發沸石，連續加熱650℃12小時后，原有結構大部保持，但加熱到800℃時結構全被破壞。而河北省圍場斜發沸石巖加熱到350-450℃，沸石晶體結構受到破壞，而河北赤城獨石口斜發沸石巖加熱到600-700℃（保溫2小時），沸石晶體結構才完全破壞。
5）耐酸性
沸石具有良好的耐酸性，如山東省斜發沸石和絲光沸石巖用不同濃度的鹽酸在100°C下處理2小時，試驗證明兩者均有較強的耐酸性，其中斜發沸石在4N鹽酸中處理，絲光沸石在10mol/L鹽酸中處理，晶體結構均未被破壞。
此外，沸石還具有化學反應性、遠紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能
沸石在土壤修復、水處理的應用
沸石現已廣泛應用于環境保護治理、農業、石油化工、建筑材料、陶瓷、冶金、醫藥、催化劑、洗滌助劑、日用化工等領域。
沸石在農業領域應用十分廣泛，是當今世界最為重要的農業礦產之一。農業上主要用于畜牧飼料、化肥與土壤改良、農藥載體、糧食干燥和食品凈化、水果保鮮等。作為化肥及土壤改良劑，沸石具有防止農作物倒伏、控制肥效和保水等作用。
在環境保護和治理工業應用方面,世界上許多國家，特別是發達國家對非金屬礦物在環保上的應用非常重視。沸石因其具有選擇性、可調性、安全性而在環境保護與治理領域具有廣闊的應用前景。沸石主要應用于水處理工程,如進行軟化硬水預處理、降低水中氟、砷離子含量、去除廢水中重金屬陽離子、消除水中的放射性元素、凈化生活污水、用于海水淡化等方面。
沸石的特殊孔結構和人為調變性，使其不但在各大領域占有舉足輕重的位置，而且在農業、食品、環境保護、建材等領域逐漸發揮了其特殊的作用。國內外對沸石的研究已取得了重大的進步，特別在近代物理、近代光學及新材料的研究和應用方面得到了長足的發展。未來對沸石的研究，應繼續在傳統領域進行深入研究。通過研制出附加值更高的沸石新材料,從而產生更好的社會效益、經濟效益及生態環境效應。
