沸石是沸石组矿物的总称,是工业、农业、国防和尖端科学技术领域的重要原料。沸石属于含水铝硅酸盐成分,其化学式可表达为“AmXpO2p·nH2O”,式中A代表Na、K、Ca、Ba、Sr等碱金属或碱土金属元素,X代表Al和Si。沸石是由硅铝氧四面体组成的架状硅酸盐,如图1所示。其铝氧四面体中,氧原子有一价未得到中和,整个铝氧四面体带有负电,而由附近的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等正离子进行电荷的平衡补偿。

沸石的类型-国投盛世

沸石的类型

根据沸石的化学组分方式,可以分为以下8个主要类型。

1、辉沸石(Stilbite)。其化学式为NaCa2[Al5Si13O36]·14H2O,是化学成分中部分Ca、Al置换Na、Si所形成,属单斜晶系,垂直于a方向孔洞尺寸为4.1×6.2,垂直于c方向孔洞尺寸为2.7×5.7。

2、钠沸石(Natrolite)。其化学式为Na2[Al2Si3O10]·2H2O。它有2种不同的孔径一种平行于c轴,孔洞直径为2.08;另一种垂直于c轴,孔洞尺寸为2.6×3.9。

3、菱沸石(Chabazita)。其化学式为(Ca,Na2)[Al2Si4O12]·6H2O。菱沸石的晶体很脆,带有玻璃光泽,呈白色或肉红色,三方晶系,具有三维孔道体系,3个不同方向的孔洞尺寸分别为6.7×10、3.7×4.2和Φ2.6。

4、方沸石(Analcime)。其化学式为Na[AlSi2O6]·H2O。方沸石是较为常见的类长石矿物。在玄武岩、辉绿岩、花岗岩、片麻岩及洞穴中都会有它们的存在。方沸石具有一维孔道体系,孔洞直径为2.6。

5、浊沸石(Laumontite)。其化学式为Ca[AlSi2O6]·4H2O。浊沸石表面颜色呈白到黄色,构成晶体为棱柱体。当长时间暴露于大气中或受热时会转变为β-黄粒浊沸石。如果钾、钠离子置换其中的钙离子,则会转变为α-黄粒浊沸石。

6、片沸石(Heulandite)。其化学式为Ca[Al2Si7O18]·6H2O。片沸石的英文单词Heulandite是用来纪念矿物收藏家J.H.Heuland。片沸石和斜发沸石(clinoptilolite)都是属于板块状的沸石类矿物。片沸石的Si/Al比值小于4,常形成于中性火成岩中。具相当好的离子交换特性,尤其是钠和钾离子的交换。有3组孔道①平行于a轴,孔道尺寸为4.0×5.5;②平行于c轴,孔道尺寸为4.4×7.2;③与a轴呈50°夹角,孔道尺寸为4.1×4.7。

7、丝光沸石(Mordenite)。其化学式为(Ca,Na2,K2)[AlSi5O12]·7H2O。丝光沸石特征结构为五元环。丝光沸石由于硅铝比高,五元环多,故耐酸性及热稳定性特别高。常温下不溶于酸。常见于中酸性火山岩的裂隙和气孔中,常与斜发沸石共生。丝光沸石具有原子环的层状结构(如图5所示),由许多八元环和十二元环的结构层叠起来而形成。由十二元环构成的主孔道尺寸约为0.65nm×0.70nm。在十二元环的主孔道之间存在八元环孔道,孔洞尺寸为0.26nm×0.57nm。

8、斜发沸石(Clinoptilolite)。其化学式为Na8[Al8Si40O96]·39H2O。斜发沸石是沸石矿物中最丰富的一种,属于单斜晶系(如图6所示)。斜发沸石的Si/Al比值高于4,这是由于斜发沸石通常形成于硅含量偏高的环境中。斜发沸石可用作离子交换剂,用于空气中的氧、氮分离富集以及核废料处理等。

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天然沸石根据自然形成条件不同,可划分为沉积成岩型、凝灰沉积型、后成型、风化壳型等4个主要的类型。进一步细分,已发现的天然沸石有30多种。但严格来讲,骨架结构不是由硅氧四面体和铝氧四面体构成的其实并不能称之为沸石。

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