黃 強(qiáng)，郭銀祥

（中材地質(zhì)工程勘查研究院，北京 100102）

高純斜發(fā)沸石的發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用價(jià)值

黃 強(qiáng)，郭銀祥

（中材地質(zhì)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(chǎn)出的礦石很少有高純的。由于沸石礦物結(jié)晶晶粒細(xì)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(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品，到目前為止還沒有在高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的先例。本文介紹一個(gè)近年發(fā)現(xiàn)的高純天然斜發(fā)沸石礦及礦石性能，希望由它帶動(dòng)斜發(fā)沸石在高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，以促進(jìn)高附加值產(chǎn)品的開發(fā)。

斜發(fā)沸石；高純；高技術(shù)領(lǐng)域；應(yīng)用

斜發(fā)沸石1890年首先發(fā)現(xiàn)于美國(guó)，我國(guó)則是1972年在浙江縉云縣首次發(fā)現(xiàn)，其理想分子式為：(1/2Ca,Na,K)8[Si40Al8O96]·32H2O。其主要物理化學(xué)性質(zhì)有離子交換性、吸附性、化學(xué)活性、催化性等，目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋航ㄖ牧?包括水泥混合材、混凝土礦物添加劑、沸石質(zhì)輕骨料等)、動(dòng)物飼料添加劑、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)氨氮吸附劑、動(dòng)物墊料、土壤改良劑、環(huán)境材料等。

本文作者發(fā)現(xiàn)的高純斜發(fā)沸石礦位于華北地臺(tái)的張家口—承德一帶，礦石經(jīng)XRD檢測(cè)確認(rèn)為純斜發(fā)沸石相，CEC達(dá)到210mmol/100g，目前正在做工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，涉及海水提鉀、氣體分離等領(lǐng)域。

1 礦床地質(zhì)特征

礦床位于華北地臺(tái)，距離我國(guó)著名的赤城獨(dú)石口沸石礦不足100km，礦床的產(chǎn)出時(shí)代為晚侏羅世，礦體呈似層狀，厚度3～10m，產(chǎn)狀單斜緩傾，10°∠15°，目前尚未進(jìn)行正規(guī)地質(zhì)工作，初步追索確定礦體走向延長(zhǎng)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(zhì)

礦石以淺黃色為主，兼有淺灰色，表面十分細(xì)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(wú)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(jié)晶粒度不大于1μm。

礦石XRD分析結(jié)果見圖2，為高純斜發(fā)沸石物相。

礦石化學(xué)成分分析結(jié)果為(%)：SiO269.20，Al2O311.65，F(xiàn)e2O30.48，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(jié)果計(jì)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(xué)成分看，礦石具有約3%的可交換性K2O，今后在開發(fā)利用時(shí)其尾礦可用于農(nóng)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(dá)到80%，計(jì)算結(jié)果認(rèn)為Fe3+是以可交換形式存在，其礦粉在改性時(shí)白度會(huì)大幅度提高，對(duì)礦石原粉進(jìn)行鈉交換后，白度可提高到91%。

沸石產(chǎn)品的另一個(gè)重要指標(biāo)是陽(yáng)離子交換容量，國(guó)內(nèi)外商業(yè)斜發(fā)沸石產(chǎn)品高檔的CEC也只有170mmol/100g，產(chǎn)品中含有石英、長(zhǎng)石和火山玻璃等雜相礦物，影響交換量。本礦石XRD測(cè)試達(dá)到純相斜發(fā)沸石，批量礦石加工的礦粉CEC達(dá)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(jié)晶粒度較小，礦粉的離子交換速度更快，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，單相礦石的穩(wěn)定性會(huì)更高，以往的斜發(fā)沸石產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性一般只有400～700℃，例如河北圍場(chǎng)鹿圈礦，斜發(fā)沸石含量55%，450℃2h后沸石結(jié)構(gòu)完全破壞；河北赤城獨(dú)石口礦，斜發(fā)沸石含量75%，600℃2h后結(jié)構(gòu)完好無(wú)損，700℃2h后結(jié)構(gòu)受損，XRD(020)強(qiáng)度只有原有的50%。本礦石斜發(fā)沸石含量100%，700℃2h后結(jié)構(gòu)未受損，700℃6h后結(jié)構(gòu)輕微受損，XRD(020)強(qiáng)度為原有的90%，此時(shí)，礦石的熱失重為12.3%，800℃2h后結(jié)構(gòu)受損，XRD(020)強(qiáng)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(jié)構(gòu)，但其耐酸性比較強(qiáng)，本礦石0.1～0.3mm顆粒在濃度為1mol/L的HCl中100℃煮2h，結(jié)構(gòu)未破壞；在2mol/L的HCl中100℃煮2h，結(jié)構(gòu)也無(wú)破壞；在4mol/L的HCl中100℃煮2h，結(jié)構(gòu)受損，XRD(020)強(qiáng)度為原有的55%。

3 應(yīng)用前景

研究發(fā)現(xiàn)斜發(fā)沸石的陽(yáng)離子交換順序?yàn)椋篊s+>Rb+>>K+>Na+>Li+，因此，斜發(fā)沸石可用于海水提鉀，已有的試驗(yàn)證實(shí)，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(zhì)可提高效率20%以上，目前，該礦石已提供給海水提鉀項(xiàng)目組進(jìn)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(shù)領(lǐng)域進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)。本礦石已經(jīng)多家應(yīng)用機(jī)構(gòu)化驗(yàn)，證實(shí)了它的高純品質(zhì)，具有耐高溫、耐酸、結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定等特性，引起相關(guān)技術(shù)人員的重視，目前正在進(jìn)行高技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用研究。

P619.217;TD985

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1007-9386(2010)05-0017-01

2010-07-16