高纯斜发沸石的发现及其应用价值

黄 强，郭银祥

（中材地质工程勘查研究院，北京 100102）

高纯斜发沸石的发现及其应用价值

黄 强，郭银祥

（中材地质工程勘查研究院，北京 100102）

斜发沸石资源非常丰富，但天然产出的矿石很少有高纯的。由于沸石矿物结晶晶粒细比较难提纯，因此，尽管斜发沸石有许多优越的性能，因没有纯净的经济的产品，到目前为止还没有在高技术领域应用的先例。本文介绍一个近年发现的高纯天然斜发沸石矿及矿石性能，希望由它带动斜发沸石在高技术领域的应用研究，以促进高附加值产品的开发。

斜发沸石；高纯；高技术领域；应用

斜发沸石1890年首先发现于美国，我国则是1972年在浙江缙云县首次发现，其理想分子式为：(1/2Ca,Na,K)8[Si40Al8O96]·32H2O。其主要物理化学性质有离子交换性、吸附性、化学活性、催化性等，目前主要的应用领域为：建筑材料(包括水泥混合材、混凝土矿物添加剂、沸石质轻骨料等)、动物饲料添加剂、水产养殖业氨氮吸附剂、动物垫料、土壤改良剂、环境材料等。

本文作者发现的高纯斜发沸石矿位于华北地台的张家口—承德一带，矿石经XRD检测确认为纯斜发沸石相，CEC达到210mmol/100g，目前正在做工业应用试验，涉及海水提钾、气体分离等领域。

1 矿床地质特征

矿床位于华北地台，距离我国著名的赤城独石口沸石矿不足100km，矿床的产出时代为晚侏罗世，矿体呈似层状，厚度3～10m，产状单斜缓倾，10°∠15°，目前尚未进行正规地质工作，初步追索确定矿体走向延长约有70m，上下围岩为凝灰岩、角砾状凝灰岩、珍珠岩。矿石由珍珠岩和/或凝灰岩蚀变形成。

2 矿石性质

矿石以浅黄色为主，兼有浅灰色，表面十分细腻，贝状断口，密度1.90g/cm3，矿石硬度较小，莫氏硬度约为4，易于破碎。

矿石薄片观察具有显著的光性显示，但无法分辨晶粒，在单偏光下为全透明，在正交偏光下半透明，在扫描电镜下由于矿石由单一矿物组成，又十分致密，观察不到晶体形态，只能见到矿石的断口形貌(见图1)，由此判断矿石的矿物结晶粒度不大于1μm。

矿石XRD分析结果见图2，为高纯斜发沸石物相。

矿石化学成分分析结果为(%)：SiO269.20，Al2O311.65，Fe2O30.48，CaO 3.27，MgO 0.50，K2O 2.89，Na2O 0.53，MnO 0.01，SrO 0.06，LOI 11.04。由此分析结果计算的斜发沸石分子式：(K2.08Na0.59Ca1.96Mg0.42Fe3+0.20Al0.49)(Si38.69Al9.31O96)·32H2O。从化学成分看，矿石具有约3%的可交换性K2O，今后在开发利用时其尾矿可用于农业的土壤改良剂，具有一定的钾肥肥效。其次，矿石的Fe2O3含量较低，矿石粉的白度较高，原粉白度达到80%，计算结果认为Fe3+是以可交换形式存在，其矿粉在改性时白度会大幅度提高，对矿石原粉进行钠交换后，白度可提高到91%。

沸石产品的另一个重要指标是阳离子交换容量，国内外商业斜发沸石产品高档的CEC也只有170mmol/100g，产品中含有石英、长石和火山玻璃等杂相矿物，影响交换量。本矿石XRD测试达到纯相斜发沸石，批量矿石加工的矿粉CEC达到210mmol/100g，比目前市售高档斜发沸石的交换量高25%。由于矿石矿物结晶粒度较小，矿粉的离子交换速度更快，可以实现产品的快速改性，一般0.1～0.2mm的粉末在交换柱中只需30min就可完成Na+或离子的改型。

斜发沸石属高硅沸石，结构稳定性较高，单相矿石的稳定性会更高，以往的斜发沸石产品结构稳定性一般只有400～700℃，例如河北围场鹿圈矿，斜发沸石含量55%，450℃2h后沸石结构完全破坏；河北赤城独石口矿，斜发沸石含量75%，600℃2h后结构完好无损，700℃2h后结构受损，XRD(020)强度只有原有的50%。本矿石斜发沸石含量100%，700℃2h后结构未受损，700℃6h后结构轻微受损，XRD(020)强度为原有的90%，此时，矿石的热失重为12.3%，800℃2h后结构受损，XRD(020)强度为原有的10%。

天然沸石不耐碱，Na(OH)、Na2CO3及Ca(OH)2均可破坏斜发沸石结构，但其耐酸性比较强，本矿石0.1～0.3mm颗粒在浓度为1mol/L的HCl中100℃煮2h，结构未破坏；在2mol/L的HCl中100℃煮2h，结构也无破坏；在4mol/L的HCl中100℃煮2h，结构受损，XRD(020)强度为原有的55%。

3 应用前景

研究发现斜发沸石的阳离子交换顺序为：Cs+>Rb+>>K+>Na+>Li+，因此，斜发沸石可用于海水提钾，已有的试验证实，斜发沸石(含量50%～75%)的K+交换容量为13.4～19.5mg/g。本矿石的K+交换容量为23.8mg/g，如果海水提钾装置以本矿石为介质可提高效率20%以上，目前，该矿石已提供给海水提钾项目组进行中试。

由于斜发沸石以前没有高纯商品，所以没有在催化和气体分离等高技术领域进行产业化试验。本矿石已经多家应用机构化验，证实了它的高纯品质，具有耐高温、耐酸、结构相对稳定等特性，引起相关技术人员的重视，目前正在进行高技术领域的相关应用研究。

P619.217;TD985

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1007-9386(2010)05-0017-01

2010-07-16