沸石是1956年由瑞典礦物學家Cronsted首次在玄武巖中發現,因沸石在加熱至熔融時,拌有沸騰現象而得名。沸石是火山熔巖形成的一種架狀結構的鋁硅酸鹽礦物,化學式表示為RR[Alx+2ySin-(x+2y)O2n]·mH2O的一族含水架狀結構鋁硅酸鹽礦物。式中R1+代表堿金屬離子,基本上為K+或Na+,個別為Li+;R2+代表 堿土金屬離 子,主要為Ca2+ 、Ba2+,其次為Sr2+、Mg2+。。目前已知的沸石有五十多種,應用于養殖業的天然沸石主要的是斜發沸石和絲光沸石。它含有畜禽和水產動物生長發育所需的全部常量元素和大部分微量元素。這些元素都以離子狀態存在,能被畜禽及水產動物所利用。此外沸石還具有獨特的吸附性、催化性、離子交換性,離子的選擇性、耐酸性、熱穩定性、多成份性、及很高的生物活性和抗毒性等。所以一經發現,沸石就被廣泛應用于畜禽飼料、水產養殖、化工、獸藥、飼料添加劑等各各領域。
沸石的作用機理與性能
沸石有獨特的礦物結構,其結構為三維硅氧四面體和三維鋁氧四面體,這些四面體按一定的規律排列成具有一定形狀的晶體骨架。沸石的礦物骨架是一開放性的,具有很多的大小均一的通道和空腔(3~11À;)。在這些孔穴和通道中吸附著金屬陽離子和水分子,這些陽離子和水分子與陰離子骨架間的結合力較弱。沸石的這種特殊結構決定了它所特有的性能。
沸石
zeolite
【概況】
沸石的一般化學式為:AmBpO2p·nH2O,結構式為 A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O) 其中:A為Ca、Na、K、Ba、Sr等陽離子,B為Al和Si,q為陽離子化合價,m為陽離子數,n為水分子數,x為Al原子數,y為Si原子數,(y/x)通常在1~5之間,(x+y)是單位晶胞中四面體的個數。
自然界已發現的沸石有30多種,較常見的有方沸石、菱沸石、鈣沸石、片沸石、鈉沸石、絲光沸石、輝沸石等,都以含鈣、鈉為主。它們含水量的多少隨外界溫度和濕度的變化而變化。晶體所屬晶系隨礦物種的不同而異,以單斜和正交(斜方)晶系的占多數。方沸石、菱沸石常呈等軸狀晶形,片沸石、輝沸石呈板狀,毛沸石、絲光沸石呈針狀或纖維狀,鈣十字沸石和輝沸石雙晶常見。純凈的各種沸石均為無色或白色,但可因混入雜質而呈各種淺色。玻璃光澤。解理隨晶體結構而異。莫氏硬度中等。比重介于 2.0~2.3,含鋇的則可達 2.5~2.8。沸石主要形成于低溫熱液階段,常見于噴出巖氣孔中,也見于熱液礦床和近代溫泉沉積中。沸石可以借水的滲濾作用,以進行陽離子的交換,其成分中的鈉、鈣離子可與水溶液中的鉀、鎂等離子交換,工業上用以軟化硬水。沸石的晶體結構是由硅(鋁)氧四面體連成三維的格架,格架中有各種大小不同的空穴和通道,具有很大的開放性。堿金屬或堿土金屬離子和水分子均分布在空穴和通道中,與格架的聯系較弱。不同的離子交換對沸石結構影響很小,但使沸石的性質發生變化。晶格中存在的大小不同空腔,可以吸取或過濾大小不同的其他物質的分子。工業上常將其作為分子篩,以凈化或分離混合成分的物質 ,如氣體分離、石油凈化、處理工業污染等。
【發現】
沸石最早發現于1756年。瑞典的礦物學家克朗斯提(Cronstedt)發現有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時會產生沸騰現象,因此命名為“沸石”(瑞典文zeolit),在希臘文中意為“沸騰”(zeo)的“石頭”(lithos)。此后,人們對沸石的研究不斷深入。
山東省萊西市的沸石資源豐富,探明儲量1127.8萬噸,現保有儲量993.9萬噸。
1932年,McBain提出了“分子篩”的概念。表示可以在分子水平上篩分物質的多孔材料。雖然沸石只是分子篩的一種,但是沸石在其中最具代表性,因此“沸石”和“分子篩”這兩個詞經常被混用。
【用途】
吸附劑和干燥劑
催化劑
洗滌劑
其他用途(污水處理、土壤改良劑、飼料添加劑)
【特性】
沸石是沸石族礦物的總稱,是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸礦物。按沸石礦物特征分為架狀、片狀、纖維狀及未分類四種,按孔道體系特征分為一維、二維、三維體系。任何沸石都由硅氧和鋁氧四面體組成。四面體只能以頂點相連,即共用一個氧原子,而不能“邊”或“面”相連。鋁氧四面體本身不能相連,其間至少有一個硅氧四面體。而硅氧四面體可以直接相連。硅氧四面體中的硅,可被鋁原子置換而構成鋁氧四面體。但鋁原子是三價的,所以在鋁氧四面體中,有一個氧原子的電價沒有得到中和,而產生電荷不平衡,使整個鋁氧四面體帶負電。為了保持中性,必須有帶正電的離子來抵消,一般是由堿金屬和堿土金屬離子來補償,如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金屬離子。由于沸石具有獨特的內部結構和結晶化學性質,因而使沸石擁有多種可供工農業利用的特性。
世界上已發現的天然沸石一般為淺灰色,有時為肉紅色。拿在手上明顯感到比一般石頭輕,這是因為沸石內部充滿了細微的孔穴和通道,比蜂房要復雜得多。假如把沸石比作旅館,那么1立方微米的這種“超級旅館”內竟有100萬個“房間”!的這些房間能根據“旅客”(分子和離子)的性別、高矮、胖瘦、嗜好的不同自動開門或擋駕,絕對不會讓“胖子”到“瘦子”的房間去,也不會使高個子與矮個子同住一室。根據沸石的這一特性,人們用它來篩選分子,獲得很好的效果。這對在工業廢液中回收銅、鉛、鎘、鎳、鉬等金屬微粒具有特別重要的意義。
沸石還具有吸附性、離子交換性、催化和耐酸耐熱等性能,因此被廣泛用作吸附劑、離子交換劑和催化劑,也可用于氣體的干燥、凈化和污水處理等方面。沸石還具有“營養”價值。在飼料中添加5%的沸石粉,能使禽畜生長加快,體壯肉鮮,產蛋率高。
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