沸(fei)(fei)石(shi)是含(han)水(shui)的(de)(de)架狀(zhuang)硅鋁酸(suan)鹽礦物(wu)，分(fen)(fen)為天然和人造(zao)兩種，可用作分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩。沸(fei)(fei)石(shi)分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩是一種具有(you)規則孔(kong)道結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)硅鋁酸(suan)鹽晶體材料，有(you)吸附性(xing)、離子(zi)(zi)交換性(xing)、催(cui)化性(xing)/沸(fei)(fei)石(shi)分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩具有(you)均勻的(de)(de)孔(kong)道結(jie)(jie)構(gou)，比表面(mian)積(ji)(ji)和孔(kong)體積(ji)(ji)較(jiao)大，水(shui)熱(re)穩定性(xing)好(hao)及較(jiao)強的(de)(de)酸(suan)性(xing)等(deng)性(xing)能而被(bei)廣泛應用于石(shi)油化工、農業、醫學等(deng)領域。

　　常見的(de)沸石分子篩形貌(mao)有(you)(you)棒狀、球形、立方、棱柱、盤狀、纖維狀、片(pian)狀、中空、核殼等(deng)。沸石晶體形貌(mao)和(he)孔道結構有(you)(you)關(guan)。

　　沸石分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩按照孔道維(wei)(wei)(wei)度來分(fen)(fen)類，分(fen)(fen)為一維(wei)(wei)(wei)、二(er)維(wei)(wei)(wei)和三維(wei)(wei)(wei)沸石。對(dui)比二(er)維(wei)(wei)(wei)和三維(wei)(wei)(wei)沸石分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩，一維(wei)(wei)(wei)沸石分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩的擴(kuo)散(san)能(neng)力較差(cha)。研究(jiu)表明，沸石分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩的擴(kuo)散(san)能(neng)力直接(jie)影(ying)響(xiang)其催化(hua)(hua)性能(neng)。但一維(wei)(wei)(wei)沸石分(fen)(fen)子(zi)(zi)篩催化(hua)(hua)在(zai)支鏈烷(wan)烴加氫異(yi)構化(hua)(hua)反應中具有幾乎無可(ke)替代的地位。

　　由于天然沸石雜質(zhi)含(han)量(liang)多，且空(kong)洞尺寸大(da)小(xiao)不一等(deng)問題(ti)，致使其(qi)分子(zi)篩(shai)的(de)性能受(shou)限而(er)難以實(shi)現實(shi)際應用(yong)(yong)。通常(chang)采用(yong)(yong)硅酸鈉(na)、鋁酸鈉(na)等(deng)化工(gong)原料合(he)成沸石分子(zi)篩(shai)，其(qi)工(gong)藝成熟(shu)、產(chan)品純度高，但是價格昂貴，來源(yuan)有限。因(yin)此，在實(shi)際生(sheng)產(chan)生(sheng)活中，應用(yong)(yong)最(zui)廣的(de)是人(ren)工(gong)合(he)成的(de)沸石分子(zi)篩(shai)。

　　非金(jin)屬(shu)礦物儲量豐(feng)富(fu)，價格便(bian)宜(yi)，將(jiang)其轉化成高附加值的(de)化工產品，具有良(liang)好的(de)社會效(xiao)益(yi)和經濟效(xiao)益(yi)。

　　合成沸石分子篩涉及到的非金屬礦產

　　高嶺土合成沸石分子篩

　　高嶺(ling)土是(shi)以高嶺(ling)石(shi)族礦物為(wei)基(ji)本組(zu)成(cheng)(cheng)的(de)(de)白色黏土，為(wei)二八(ba)面(mian)體的(de)(de)1:1型(xing)層(ceng)(ceng)狀構造硅(gui)酸鹽礦物，其基(ji)本結構層(ceng)(ceng)是(shi)由一層(ceng)(ceng)硅(gui)氧(yang)四(si)面(mian)體和(he)一層(ceng)(ceng)鋁(lv)氧(yang)八(ba)面(mian)體通過氫(qing)氧(yang)鍵連接而成(cheng)(cheng)，其理論化學式為(wei)Al4(Si4O10)(OH)8，n(SiO2)/n(Al2O3)為(wei)2，與A型(xing)分(fen)子篩近似，是(shi)合(he)成(cheng)(cheng)A型(xing)分(fen)子篩的(de)(de)良(liang)好原料(liao)，較適合(he)作為(wei)低硅(gui)鋁(lv)比沸石(shi)分(fen)子篩原料(liao)中合(he)成(cheng)(cheng)類型(xing)最多、研究(jiu)最廣的(de)(de)非金屬礦物。

　　高(gao)嶺(ling)土(tu)(tu)對酸(suan)、堿穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)高(gao)，即使是強(qiang)無機酸(suan)堿，在常溫下也不會使其溶解(jie)，因(yin)此常采用高(gao)溫焙燒的(de)(de)方式(shi)破壞高(gao)嶺(ling)石的(de)(de)晶(jing)體結構(gou)，將晶(jing)格中的(de)(de)羥基脫(tuo)去，形成具有(you)活(huo)(huo)性(xing)(xing)的(de)(de)偏高(gao)嶺(ling)土(tu)(tu)，從而提(ti)取出合成沸石分子(zi)篩所需的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)硅鋁源。

　　膨潤土合成沸石分子篩

　　膨潤(run)土是(shi)以蒙脫(tuo)石為主要礦物成分(fen)的(de)層狀鋁硅(gui)(gui)酸(suan)鹽礦物，它(ta)由(you)兩個硅(gui)(gui)氧四面體之(zhi)間夾一個鋁氧八面體構(gou)成典型的(de)2:1結構(gou)，其理論化學式為(1/2Ca,Na）x(H2O)4{(Al2-xMgx)［Si4O10］(OH)2}，硅(gui)(gui)鋁含(han)量(liang)較高，可作為合成沸石分(fen)子篩的(de)原料。

　　在(zai)利用膨(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)制備沸(fei)石分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)時(shi)，通常采用酸(suan)化(hua)的(de)(de)方(fang)法(fa)來對膨(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)進行活化(hua)，經(jing)過(guo)預處理活化(hua)后，膨(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)礦物(wu)的(de)(de)2:1層(ceng)狀晶體(ti)結構在(zai)酸(suan)化(hua)過(guo)程中(zhong)被破壞，同(tong)時(shi)除去大部分(fen)(fen)(fen)Mg、Fe等(deng)雜質，成為(wei)合(he)成沸(fei)石分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)的(de)(de)活性硅鋁源(yuan)。H.Faghihian等(deng)將膨(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)用濃HCl酸(suan)化(hua)后加入到NaOH溶液(ye)中(zhong)形(xing)成凝膠，發現在(zai)膨(peng)潤(run)(run)土(tu)(tu)(tu)合(he)成分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)的(de)(de)過(guo)程中(zhong)，P型(xing)(xing)分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)和(he)Y型(xing)(xing)分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)之間存在(zai)明顯的(de)(de)競爭(zheng)關系，得(de)出在(zai)結晶溫(wen)度為(wei)97℃、老化(hua)時(shi)間為(wei)20h、NaOH濃度為(wei)3mol/L的(de)(de)優(you)化(hua)條件下可(ke)以得(de)到結晶度較高的(de)(de)Y型(xing)(xing)分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)。

　　伊利石合成沸石分子篩

　　伊利石(shi)(shi)是一(yi)種層狀含水(shui)硅酸鹽(yan)類(lei)黏土礦物(wu)，普遍含有較高的K、Al含量(liang)，化學式為KAl2[(Al,Si)Si3O10](OH)2·nH2O，其晶(jing)體結構與(yu)蒙脫石(shi)(shi)類(lei)似(si)。但是伊利石(shi)(shi)的化學活(huo)性(xing)較差，單純的高溫煅(duan)燒不能充分活(huo)化其中的硅鋁(lv)組(zu)分，因此需要加入Na2CO3或NaOH等進行堿熔活(huo)化。

　　海泡石合成沸石分子篩

　　海泡(pao)石是一(yi)種富鎂纖維狀硅酸(suan)鹽黏土礦(kuang)物，其標(biao)準晶(jing)體化(hua)(hua)學(xue)式為Mg8(H2O)4[Si6O16]2(OH)4·8H2O，海泡(pao)石的化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分比(bi)較簡單，主(zhu)要為硅和鎂，其中(zhong)SiO2質量(liang)分數為54%~60%，MgO質量(liang)分數為21%~25%，鎂元素(su)會影響(xiang)沸(fei)石分子篩(shai)的晶(jing)化(hua)(hua)效率，因此采用海泡(pao)石合成(cheng)沸(fei)石分子篩(shai)時須經過脫鎂與補鋁的兩(liang)個過程。

　　凹凸棒石合成沸石分子篩

　　凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)(shi)簡稱凹(ao)土，又名坡縷石(shi)(shi)，是一種具鏈(lian)層狀過渡結構(gou)的含水富鎂(mei)硅酸鹽黏土礦物，其理論化學式為(wei)Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2·4H2O，其晶(jing)體結構(gou)與海泡石(shi)(shi)大體相同，但是由于凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)(shi)黏土礦床(chuang)生(sheng)(sheng)成環境的影響，在凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)(shi)中常(chang)伴生(sheng)(sheng)有白(bai)云石(shi)(shi)、方解石(shi)(shi)、蒙脫石(shi)(shi)等礦物，因(yin)此(ci)凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)(shi)的除雜(za)工藝較為(wei)復雜(za)。

　　長石合成沸石分子篩

　　長石(shi)(shi)(shi)是一種含(han)Na、K、Ca等堿(jian)金屬和堿(jian)土金屬的(de)鋁(lv)硅(gui)酸(suan)鹽礦物(wu)，按照(zhao)其化(hua)學成(cheng)(cheng)分可分為(wei)不同類型的(de)長石(shi)(shi)(shi)，其中(zhong)(zhong)鉀(jia)長石(shi)(shi)(shi)在合成(cheng)(cheng)沸石(shi)(shi)(shi)分子篩(shai)的(de)應(ying)用中(zhong)(zhong)最(zui)為(wei)廣(guang)泛，其化(hua)學式為(wei)K(AlSi3O8)，鉀(jia)長石(shi)(shi)(shi)的(de)晶體(ti)結構是以(yi)三維(wei)排(pai)列(lie)的(de)硅(gui)鋁(lv)氧(yang)四面體(ti)為(wei)單(dan)元形成(cheng)(cheng)的(de)架(jia)狀結構，所以(yi)鉀(jia)長石(shi)(shi)(shi)的(de)硅(gui)鋁(lv)氧(yang)四面體(ti)性質非常穩(wen)定，其酸(suan)堿(jian)溶解性能差，且具有較高(gao)的(de)熔(rong)點和熱穩(wen)定性，因此對鉀(jia)長石(shi)(shi)(shi)進行活化(hua)需要(yao)相對較高(gao)的(de)溫度和壓力。

　　天然沸石合成沸石分子篩

　　沸石是沸石族礦(kuang)物(wu)(wu)的(de)總(zong)稱(cheng)，是一族架狀(zhuang)含水(shui)的(de)堿金(jin)屬或堿土金(jin)屬鋁硅酸(suan)鹽礦(kuang)物(wu)(wu)的(de)總(zong)稱(cheng)。全(quan)世界已發(fa)現的(de)天然沸石有40多(duo)種(zhong)(zhong)，種(zhong)(zhong)類繁多(duo)，結構各異。天然沸石含雜質較多(duo)，限制了(le)其工業(ye)應用，因此對天然沸石進(jin)行適當的(de)處理，可以(yi)將其轉(zhuan)化(hua)為質量(liang)更高的(de)分子篩。

　　硅藻土合成沸石分子篩

　　硅(gui)(gui)藻(zao)土(tu)(tu)是一種生物成因的(de)(de)硅(gui)(gui)質沉積巖，由古代硅(gui)(gui)藻(zao)遺(yi)骸經長期的(de)(de)地質作(zuo)用形成，主要(yao)化學(xue)成分為非晶質的(de)(de)SiO2，SiO2質量分數通常占60%以上(shang)，最(zui)高可達90%左右。相比于其他非金屬礦物，硅(gui)(gui)藻(zao)土(tu)(tu)在作(zuo)為沸石(shi)分子篩合(he)成原料方面更具有優勢(shi)，因為硅(gui)(gui)藻(zao)土(tu)(tu)中(zhong)所含硅(gui)(gui)元素為無(wu)定形SiO2，無(wu)需進行(xing)活化處理(li)就(jiu)可以直接合(he)成沸石(shi)分子篩，這大大降低了原料預處理(li)的(de)(de)能耗，同時簡化了工藝流程。

　　珍珠巖合成沸石分子篩

　　珍(zhen)(zhen)(zhen)珠巖(yan)(yan)是(shi)一種(zhong)(zhong)火山(shan)噴發的(de)酸性熔巖(yan)(yan)經急(ji)劇冷(leng)卻而(er)形成(cheng)的(de)玻璃質(zhi)巖(yan)(yan)石，經化學成(cheng)分(fen)測定(ding)，珍(zhen)(zhen)(zhen)珠巖(yan)(yan)主(zhu)要含(han)(han)SiO2、Al2O3，除(chu)此以外，還含(han)(han)有幾種(zhong)(zhong)質(zhi)量分(fen)數(shu)極微的(de)氧化物。珍(zhen)(zhen)(zhen)珠巖(yan)(yan)最重要的(de)一個(ge)性質(zhi)是(shi)在高溫下(xia)會受熱膨(peng)脹，形成(cheng)無毒、質(zhi)輕(qing)、具有蜂窩狀結構的(de)粒狀無機材(cai)料，其主(zhu)要用途是(shi)生產膨(peng)脹珍(zhen)(zhen)(zhen)珠巖(yan)(yan)及制品，然而(er)加工膨(peng)脹珍(zhen)(zhen)(zhen)珠巖(yan)(yan)產品時(shi)，對(dui)礦砂粒度有一定(ding)要求，常常將不符(fu)合(he)要求（粒徑＞212μm）的(de)珍(zhen)(zhen)(zhen)珠巖(yan)(yan)尾(wei)礦丟棄，不但浪(lang)費資源，還污染環境，因此含(han)(han)有大量硅鋁元素的(de)珍(zhen)(zhen)(zhen)珠巖(yan)(yan)尾(wei)礦可為沸石分(fen)子(zi)篩的(de)合(he)成(cheng)提供(gong)廉價的(de)硅鋁源。

　　煤矸石合成沸石分子篩

　　煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)(shi)是(shi)一(yi)(yi)(yi)種在成(cheng)煤(mei)(mei)(mei)過(guo)(guo)程(cheng)中與(yu)煤(mei)(mei)(mei)層伴生的(de)(de)(de)含碳量(liang)低、比煤(mei)(mei)(mei)堅硬(ying)的(de)(de)(de)黑灰(hui)(hui)色巖(yan)石(shi)(shi)，其產(chan)量(liang)占原煤(mei)(mei)(mei)產(chan)量(liang)的(de)(de)(de)10%~15%。煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)(shi)的(de)(de)(de)主要用(yong)途為發電、回(hui)填、土地復(fu)墾(ken)、生產(chan)建材產(chan)品、生產(chan)礦(kuang)物品和(he)生產(chan)化工(gong)產(chan)品等。合(he)成(cheng)沸(fei)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)原料(liao)(liao)一(yi)(yi)(yi)般為化工(gong)原料(liao)(liao)，煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)(shi)含有合(he)成(cheng)沸(fei)石(shi)(shi)所必(bi)備的(de)(de)(de)Al2O3、SiO2及少量(liang)Na等成(cheng)分(fen)(fen)(fen)，可以作為沸(fei)石(shi)(shi)合(he)成(cheng)的(de)(de)(de)原料(liao)(liao)，以緩解(jie)其原料(liao)(liao)供(gong)(gong)應(ying)緊張的(de)(de)(de)趨勢。目前，煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)(shi)沸(fei)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)制備方(fang)法(fa)(fa)(fa)主要有三種；水(shui)熱合(he)成(cheng)法(fa)(fa)(fa)、堿熔(rong)法(fa)(fa)(fa)和(he)蒸氣法(fa)(fa)(fa)。由于(yu)水(shui)熱反(fan)應(ying)從顆粒表面開始逐漸向顆粒內部進行，使沸(fei)石(shi)(shi)粒徑分(fen)(fen)(fen)布較(jiao)寬。蒸氣法(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)優(you)點是(shi)不經過(guo)(guo)凝膠(jiao)階段(duan)，流程(cheng)短。微波(bo)輔助水(shui)熱合(he)成(cheng)法(fa)(fa)(fa)是(shi)在一(yi)(yi)(yi)步水(shui)熱合(he)成(cheng)法(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)基礎上，用(yong)微波(bo)加熱取代傳統加熱方(fang)式。粉煤(mei)(mei)(mei)灰(hui)(hui)合(he)成(cheng)沸(fei)石(shi)(shi)過(guo)(guo)程(cheng)中，微波(bo)輔助加熱可提(ti)高沸(fei)石(shi)(shi)晶化速度，縮(suo)短沸(fei)石(shi)(shi)晶化時間，為煤(mei)(mei)(mei)矸石(shi)(shi)微波(bo)輔助合(he)成(cheng)沸(fei)石(shi)(shi)分(fen)(fen)(fen)子篩提(ti)供(gong)(gong)了借(jie)鑒。因(yin)此，將(jiang)傳統加熱與(yu)微波(bo)加熱耦合(he)合(he)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)子篩，在分(fen)(fen)(fen)子篩合(he)成(cheng)方(fang)面具有良(liang)好的(de)(de)(de)發展前景。

　　小   結

　　利用(yong)硅酸(suan)鈉(na)、鋁酸(suan)鈉(na)等(deng)化(hua)工原(yuan)料(liao)合(he)成(cheng)沸石(shi)分(fen)子(zi)篩的(de)技術已相當成(cheng)熟(shu)，但是該方(fang)法需(xu)要大量的(de)化(hua)工原(yuan)料(liao)，使得(de)沸石(shi)分(fen)子(zi)篩成(cheng)產成(cheng)本較高(gao)，同時由(you)于這些化(hua)工原(yuan)料(liao)的(de)生產過程都伴隨(sui)著巨大的(de)能耗和(he)環境污染等(deng)問題，所(suo)以(yi)尋找更為經濟(ji)有效的(de)綠色原(yuan)料(liao)成(cheng)為人(ren)們關注(zhu)的(de)焦點。

　　以硅鋁元素(su)為(wei)(wei)主(zhu)的(de)(de)天(tian)然(ran)礦(kuang)(kuang)物(wu)由于(yu)具(ju)有儲量(liang)豐富、價格低廉等優(you)勢，在(zai)作為(wei)(wei)合(he)成(cheng)沸(fei)石分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)(shai)的(de)(de)替代原(yuan)料(liao)方面(mian)表現出巨大的(de)(de)潛力，因此(ci)，以天(tian)然(ran)礦(kuang)(kuang)物(wu)為(wei)(wei)原(yuan)料(liao)合(he)成(cheng)沸(fei)石分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)(shai)也逐漸成(cheng)為(wei)(wei)人們(men)研究的(de)(de)熱點。在(zai)眾多的(de)(de)天(tian)然(ran)礦(kuang)(kuang)物(wu)中，最(zui)為(wei)(wei)典(dian)型的(de)(de)合(he)成(cheng)沸(fei)石分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)(shai)的(de)(de)原(yuan)料(liao)為(wei)(wei)高嶺(ling)土和硅藻(zao)土。

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