沸石的生产及应用_图文.ppt
无机非金属矿物加工-沸石
P型沸石（LGZ-1型沸石）、H型沸石、Na型沸石、Cu型沸 石、Ca型沸石、以及八面沸石、人工合成A型沸石、X型沸石、 和Y型沸石等
沸石的结构
沸石有很多种，它们的共同特点就是 有架装结构，分子中间形成很多空腔。这些 空腔里还存在很多水分子，在遇到高温时会 排出来，比如用火焰去烧时，大多数沸石便 会膨胀发泡，像是沸腾一般。
沸石的性质 沸石改性的方法
水溶液中离子交换改性 水蒸汽处理的方法 固态离子交换改性 加热焙烧改性 载体改性
高温气相同晶取代的方法 有机配位反应法
沸石的性质
沸石的选择吸附性： 天然沸石是一种含水架状结构硅铝酸盐矿物质，
其吸附原理如下： 1、沸石的“分子筛”作用
沸石晶格内部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴和通 道的体积有的可占沸石晶体体积50%以上，这些空穴和通道 在一定物理化学条件下具有精确而固定的直径（3—10A） 。各种不同的沸石其直径也不同，小于这个直径的物质能够 被其吸附，而大于这个直径的物质则被排除在外，这种现象 被称为“分子筛”作用。
沸石的性质
增强沸石离子交换性的方法：
2、改性法 在相当长的时间里，在自然界中沸石矿物仅发现在岩石的孔
洞或裂隙中，数量有限。为弥补不足，人们就已经开始研究利 用离子交换等技术来改变沸石性质。
【实例】用无机酸或有机酸处理沸石分子筛，使其骨架脱铝，可使用 的酸有盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸（ H4EDTA）等。根据沸石分子筛耐酸性的差异，采用不同浓度的酸进 行骨架脱铝。对于耐酸性好的高硅沸石多用盐酸漂法，以抽走骨架中 的铝，结构仍保持完好。在骨架铝脱出的同时，孔道中非晶态物质也 被溶解，这样减少了孔道阻力。对于耐酸性差的分子筛。但铝含量太 低时，沸石分子筛的晶体结构会遭到完全破坏。
A沸石的生产及应用
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8
4A沸石的生产
▪ 国内的生产工艺 ▪ 国内从1979年开始以宁夏轻工研究所为代表的，
以膨润土为原料的水热合成研究。其工艺流程与 日本水泽公司的方法相同，即用膨润土为原料， 经H2SO4处理，加NaOH溶出制取硅酸钠后，补 加Al(OH)3和NaOH进行水热合成，因此它除了存 在上述成本高、酸处理过滤洗涤困难和环境污染 外，在国又增加了Al(OH)3和NaOH原料供应及价 格昂贵等问题。
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2
4A沸石的生产
▪ 4A沸石的化学组成 ： ▪ 4A合成沸石是一种晶状硅铝化合物,分子式
为：Na12[AlO2(SiO2)]12·27H2O。是由硅铝 氧四面体单元形成的8个立方八面体和12个 正四面体组成的β和α笼相连接的结构,其自 由直径为4.2×10-12m，所以叫4A沸石， 晶胞常数a为12.32×10-12m。
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4A沸石的生产
▪ 以日本水泽公司为代表的膨润土酸处理工 艺技术
▪ 该工艺的实质还是水热合成法，其不同仅 是日本是出于资源和能源的考虑，而用膨 润土为硅源进行酸处理除铁后生产硅酸钠， 再加铝酸钠和氢氧化钠进行水热合成。因 此，该工艺多弊无利，除原成本高外，还 增加了酸处理过滤洗涤困难和环境污染等 问题。
成专利技术以及日本的高速混合器专利技
术，形成了各自独特的水热合成工艺。该
工艺的缺点原料成本高，由于国际上二次 能源危机而使原料价一再上涨，所以4A沸 石的生产成本昂贵。
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6
4A沸石的生产
▪ 以美国联合碳化物公司为代表的高岭土转化合成 路线
▪ 该工艺以高岭土为原料，在600℃~800℃下进行 氯化焙烧后进行补碱溶出、成胶和结晶后得4A沸 石。该工艺的特点是：原料来源广，艺简简单， 生产成本较低。存在的问题是：对高岭土要求苛 刻，产品质量不稳定，往往是密度高、粒度、白 度不合格，且氯化技术难度大，易造成环境污， 产品的市场竞争力不强。同时由于密度高不适用 通洗衣粉使用，故多不被世界各国采用。
沸石
特性
沸石
沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。按沸石矿物特征分为架状、片状、 纤维状及未分类四种，按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。任何沸石都由硅氧四面体和铝氧四面体组成。 四面体只能以顶点相连，即共用一个氧原子，而不能“边”或“面”相连。铝氧四面体本身不能相连，其间至少 有一个硅氧四面体。而硅氧四面体可以直接相连。硅氧四面体中的硅，可被铝原子置换而构成铝氧四面体。但铝 原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷不平衡，使整个铝氧四面 体带负电。为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消，一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿，如Na、Ca及Sr、 Ba、K、Mg等金属离子。由于沸石具有独特的内部结构和结晶化学性质，因而使沸石拥有多种可供工农业利用的 特性。
沸石具有离子交换性、吸附分离性、催化性、稳定性、化学反应性、可逆的脱水性、电导性等。沸石主要产 于火山岩的裂隙或杏仁体中，与方解石、石髓、石英共生；亦产于火山碎屑沉积岩及温泉沉积中。
品种
自然界已发现的沸石有80多种，较常见的有方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石 等，都以含钙、钠为主。它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。晶体所属晶系随矿物种的不同而异， 以单斜晶系和正交晶系（斜方晶系）的占多数。方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形，片沸石、辉沸石呈板状，毛沸 石、丝光沸石呈针状或纤维状，钙十字沸石和辉沸石双晶常见。纯净的各种沸石均为无色或白色，但可因混入杂 质而呈各种浅色。玻璃光泽。解理随晶体结构而异。莫氏硬度中等。比重介于2.0～2.3，含钡的则可达 2.5～ 2.8。沸石主要形成于低温热液阶段，常见于喷出岩气孔中，也见于热液矿床和近代温泉沉积中。沸石可以借水 的渗滤作用，以进行阳离子的交换，其成分中的钠离子可与水溶液中的钙、镁等离子交换，工业上用以软化硬水。 沸石的晶体结构是由硅（铝）氧四面体连成三维的格架，格架中有各种大小不同的空穴和通道，具有很大的开放 性。碱金属或碱土金属离子和水分子均分布在空穴和通道中，与格架的较弱。不同的离子交换对沸石结构影响很 小，但使沸石的性质发生变化。晶格中存在的大小不同空腔，可以吸取或过滤大小不同的其他物质的分子。工业 上常将其作为分子筛，以净化或分离混合成分的物质，如气体分离、石油净化、处理工业污染等。
环境功能材料 3 沸石材料
0.0
0
0.1
0.2
0.4
0.8
发泡剂与建筑垃圾的质量比
稻壳灰发泡剂加入量对陶粒性质的影响
发泡机理的探讨
发泡机理：
烧结前后稻壳灰的XRD分析
烧结工艺参数
2.2 2.0 1.8 1.6 1.6
视密度 孔径
1.8
1.4 1.2 1.0
2.5
视密度
1.6
孔径
1.4
2.0
视密度
1.4 1.2 1.0
0.8 0.6 0.4 0.2
100
50
0
100
50
200
50
300
（c） 铅离子的吸附等温线
Ce (mg/L)
铁负载沸石陶粒吸附砷
(a) (b)
1 - Analcime 2 - Magnetite
intensity
2
(c)
2 1
20 m
FMZC
20 m
(d)
1 1 1 11
10 m
1
1
ZC
8 m
10
20
30 40 50 60 Fe负载沸石陶粒表面形貌
500
adsorption time (h)
(a)
0 0
75 initial concentration of 75 Pb2+ (mg/L)
0
2 0 4 2 6 4 8 6 10 8 12 10 14 12 16 14
(b)
70
16
0
70
100 0
200 100
300 200
2+
400 300
500 400
沸石分子筛
沸石矿物的开发与应用
沸石矿物的开发与应用天然沸石为Na、Ca等金属离子的含水铝硅酸盐矿物。
沸石种类繁多，到目前为止，全世界已发现天然沸石40余种。
我国沸石矿产资源丰富，1972年在浙江缙云首次发现沸石矿床，目前全国已发现沸石产地400余处，我国已发现的沸石品种有斜发沸石、丝光沸石、碱菱沸石、菱沸石、钙十字沸石、方沸石、汤河原石、斜钙沸石、片沸石、浊沸石、辉沸石、钠沸石，其中以斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、片沸石的开发利用最多。
沸石化学组成十分复杂，种类不同，组成会有很大差异。
沸石的结构式可表示为Ax/q[(AlO2)x(SiO2)y]·nH2O，其中A 为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，q为阳离子电价，n为水分子数，x为Al原子数，y为Si 原子数，y与x比值通常在1～5之间，x+y是单位晶胞中四面体的个数。
沸石是由硅氧四面体和铝氧四面体构成，硅(铝)氧四面体依靠中间的氧原子相连接，在三维空间形成空穴或笼，这些空穴和笼通过不同形式连接构成了沸石的孔道体系，阳离子和水分子占据在沸石的空穴和孔道中。
在硅氧四面体中，铝可以取代硅氧四面体中的硅，这种同形取代导致晶格间带负电荷，可利用空穴和孔道吸附Na、K、Ca等可交换离子来保持电荷的平衡性。
沸石晶体内孔径分布均匀，可以选择性吸附比它孔径小的分子到空穴中。
沸石内部具有较大的静电吸引力使得沸石可以优先选择吸附极性、不饱和及易极化分子，特别是对水、氨、硫化氢、二氧化碳等分子具有很强的亲合力。
沸石还具有优良的离子交换性能，在沸石晶体的空穴内分布着大量可移动的阳离子，可以与其他阳离子发生交换，如斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的阳离子交换容量。
沸石的这种结构性质使得它具有优异的吸附、离子交换和催化性能等，因而被广泛地应用于建筑材料、环保材料、轻工业、农牧业等，具有重要的环境、社会和经济效益。
天然沸石的应用很普遍，但主要以原矿形式利用，加工和改造产品少量。
天然沸石矿物的应用需要提高沸石加工和改造技术，开发高性能、高附加值的绿色环保产品，同时天然沸石的加工改造要与应用相结合，才能发挥更好的经济效益。
沸石
[1]
沸石的一般化学式为：AmBpO2p·nH2O，结构式为A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O)其中：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si，p为阳离子化合价，m为阳离子数，n为水分子数，x为Al原子数，y为Si原子数，(y/x)通常在1～5之间，(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。
8防暴沸原理编辑
先说成因：对过热液体继续加热，会骤然而剧烈地发生沸腾现象，这种现象称为“暴沸”。或叫作“崩沸”。过热是亚稳状态。由于过热液体内部的涨落现象，某些地方具有足够高的能量的分子，可以彼此推开而形成极小的气泡。当过热的液体温度远高于沸点时，小气泡内的饱和蒸气压就比外界的压强高，于是气泡迅速增长而膨胀，以至由于破裂引起工业容器的爆炸。液体之所以发生过热的原因是液体里缺乏形成气泡的核心。为了清除在蒸馏过程中的过热现象和保证沸腾的平稳状态，常加沸石，或一端封口的毛细管，因为它们都能防止加热时的暴沸现象，把它们称做止暴剂又叫助沸剂，值得注意的是，不能在液体沸腾时，加入止暴剂，不能用已使用过的止暴剂。简单说就是因为加热时烧杯中的液体会向上冲，从而造成了一个个冒出来的“喷泉”，剧烈时甚至会溅出伤人，而沸石能够有效的阻止液体的向上冲，使加热时液体能够保持平稳。
在沸石构造中，金属阳离子位于晶体构造较大并相互通连的孔道或空洞间。因此，阳离子可自由地通过孔道发土交换作用，而不能影响其晶体骨架，像2(Na,K）(Ca2+）这样的交换，在沸石中是容易发生的，而在长石中是不能的。这种形式的交换作用，可能是离子交换的极端形式，只限于沸石及类似的矿物。
沸石的水分子与骨架离子和可交换金属阳离子的联系，般都是松弛而微弱的。这些水分子比阳离子更自由地可以移动和出入孔道。在有热力的趋使下，可自由地脱、附而不影响其骨架构造。[5]
4A沸石的讲义生产及应用
Thanks！
4A沸石的生产
▪ 以德国Henkel公司为代表的以氢氧化铝、 硅酸钠和苛性碱为原料的水热合成工艺。
▪
4A沸石的生产
▪ 此后日本的东洋曹达公司、美国的P&G公 司以及荷兰的阿克苏公司等均用该工艺生 产4A沸石，世界上用该工艺生产的4A沸石 占全世界产量的90 %以上。该工艺流程简 单，产品质量稳定，再加之德国的Y型管合 成专利技术以及日本的高速混合器专利技 术，形成了各自独特的水热合成工艺。该 工艺的缺点原料成本高，由于国际上二次 能源危机而使原料价一再上涨，所以4A沸 石的生产成本昂贵。
4A沸石的应用
▪ 4A沸石在污水处理中的应用
▪ 4A沸石可以去除污水中的NH3-N及Pb2+ ,Cu2+、 Zn2+及Cd2+等。工农业、民用及水产畜牧业排 出的污水中含有氨态氮，不仅危害鱼类等的生存、 污染养殖环境，而且促进藻类生长，导致江河湖 泊的阻塞。由于4A沸石对NH4+的高选择性交换， 已成功应用于该领域。来源于金属矿山、冶炼厂、 金属表面处理和化学工业等部门排放的污水，其 中所含重金属离了对人体危害极大。用4A沸石处 理这些污水除了能保证水质合格外，还能回收重 金属离了。
4A沸石的生产
▪ 4A沸石的化学组成 ： ▪ 4A合成沸石是一种晶状硅铝化合物,分子式
为：Na12[AlO2(SiO2)]12·27H2O。是由硅铝 氧四面体单元形成的8个立方八面体和12个 正四面体组成的β和α笼相连接的结构,其自 由直径为4.2×10-12m，所以叫4A沸石， 晶胞常数a为12.32×10-12m。
精品
4A沸石的生产及应用
4A沸石的生产
▪ 沸石名称的由来： ▪ 1756年瑞典矿物学家Cronstedt F A F在瑞
沸石简介及应用
沸石简介沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。
按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种。
按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。
任何沸石都由硅氧和铝氧四面体组成，四面体只能以顶点相连，即共用一个氧原子，而不能“边”或“面”相连，铝氧四面体本身不能相连，其间至少有一个硅氧四面体，而硅氧四面体可以直接相连。
硅氧四面体中的硅，可被铝原子置换而构成铝氧四面体。
但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷不平衡，使整个铝氧四面体带负电，为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消，一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿，如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金属离子。
由于沸石具有独特的内部结构和结晶化学性质，因而使沸石拥有多种可供工农业利用的特性。
沸石的化学组成十分复杂，因种类不同有很大差异，沸石的一般化学式为：AmBpO2p·nH2O，结构式为Ax/q[(AlO2)x(SiO2)y]nH2O，其中：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si，q为阳离子电价，m为阳离子数，n为水分子数，x为Al原子数，y为Si原子数，y/x 通常在1~5之间，(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。
沸石可视为由(SiO2)m衍生出来的，由于一定数量的Si4+被Al3+所置换形成的一种含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质。
其基本结构为硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)。
四面体中，中心硅(铝)原子的周围有四个氧原子。
每个硅(铝)氧四面体单元，只有通过顶点彼此连接形成各种形式的结构。
由于Si4+被Al3+取代形成的类质同晶结构而产生的负电荷，需要引入相应在的阳离子来中和抵消之，故一般结构的沸石均含有可交换的阳离子充斥于硅酸盐薄层之间，其基本结构的组成特点决定了沸石有较大的静电力和离子交换性能。
同时在硅(铝)氧结构骨架间有许多通道和空穴，具有空旷的骨架结构，拥有巨大的空腔表面，每克样品的内表面积高达1100m2，仅次于活性炭。
沸石材料的制备与应用
沸石材料的制备与应用沸石是一种广泛应用于许多领域的高性能材料。
它的出色性能使其成为催化、吸附、分离、储氢和气体屏蔽等领域的重要材料。
本文将重点介绍沸石制备的方法和其典型应用。
一、沸石制备的方法1.1 水热法制备水热法是一种常用的沸石制备方法。
该方法将硅酸盐和铝酸盐在高温高压下反应，其中水是反应的溶剂。
首先，将硅酸盐和铝酸盐按照一定比例混合，然后加入适量的水，并在高温高压容器中加热反应。
在反应过程中，溶液中的硅酸盐和铝酸盐会与溶液中的水分子结合形成沸石。
水热法的优点是制备出的沸石具有高纯度、细小颗粒的特点。
但是此法的制备条件较为苛刻，制备时间较长，且加工成本较高。
1.2 气相合成法制备气相合成法是一种现代化的沸石制备方法。
该方法通过将硅酸盐和铝酸盐的气体分别送入反应釜中，在一定的温度和压力下进行化学反应来制备沸石。
该方法的优点是制备速度快，反应时间短，最终产品具有高纯度、细小颗粒和多孔性能等优点。
但是，制备过程中与环境有关的污染物需要得到妥善处理。
二、沸石的典型应用2.1 催化剂沸石是一种常用的催化剂。
其中，HZSM-5是一种特别常用的催化剂。
该催化剂可用于各种化学反应，如烷基化、醇酯化、酸碱催化等反应。
沸石具有高的氢选择性，并且对于反应产物的构造可以提供特殊的空间。
通过对微孔结构和孔道分布的调控，可以改善材料的吸附催化性能，因此广泛应用于芳烃催化精制、重整和烷烃分子筛等方面。
2.2 吸附剂沸石还可以作为吸附剂。
例如，多硫酸盐气体排放造成的空气污染是一个严重的社会问题。
使用沸石吸附剂可以有效地去除空气中的这些污染物。
沸石的小孔可以吸附大多数有机化学物质，甚至可以对无机盐进行吸附。
因此，沸石吸附剂也广泛应用于水处理和污水处理等方面。
2.3 分离剂沸石还可以用作分离剂，例如对于分离碳氢化合物产生良好的效果。
分离原理是利用沸石中孔道的分布和尺寸分离不同分子大小的化合物，从而实现分离的目的。
三、总结沸石是一种性能优异的材料，其制备方法以及应用十分广泛。