礦物材料課件：沸石深加工（第一章）

1、 礦物材料制備技術(shù)之礦物材料制備技術(shù)之 沸石的深加工及應用沸石的深加工及應用4.1 4.1 沸石概況沸石概況4.1.1 沸石的成分與結(jié)構(gòu)沸石的成分與結(jié)構(gòu) 沸石沸石是沸石族礦物的總稱，是一種含水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。的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸礦物?；瘜W通式可表示為：化學通式可表示為：(Na,K)x(Ca,Sr,Ba,Mg)yAlx+2ySin-(x+2y)O2n .mH2Ox：堿金屬離子數(shù)；：堿金屬離子數(shù)；y：堿土金屬離子數(shù)；：堿土金屬離子數(shù)；n：表示硅鋁離子數(shù)之和；：表示硅鋁離子數(shù)之和；m：水分子數(shù)。：水分子數(shù)。 我國部分地區(qū)沸石巖化學成分表我國部分地區(qū)

2、沸石巖化學成分表 沸石中幾種孔穴的形狀沸石中幾種孔穴的形狀（1）吸附性能）吸附性能 沸石晶體內(nèi)大量的空穴和孔道，使沸石具沸石晶體內(nèi)大量的空穴和孔道，使沸石具有很大的比表面積，加上特殊的分子結(jié)構(gòu)而形有很大的比表面積，加上特殊的分子結(jié)構(gòu)而形成的較大靜電引力，使沸石具有相當大的應力成的較大靜電引力，使沸石具有相當大的應力場。沸石內(nèi)空穴和孔道一旦場。沸石內(nèi)空穴和孔道一旦“空缺空缺”，就會表，就會表現(xiàn)出對氣體或液體很強的吸附能力?，F(xiàn)出對氣體或液體很強的吸附能力。 沸石吸附具有兩個顯著的特點，即選擇性沸石吸附具有兩個顯著的特點，即選擇性吸附和高效率吸附。吸附和高效率吸附。 4.1.2 沸石的性能與應用沸石

3、的性能與應用（2）離子交換性能）離子交換性能 沸石中沸石中K+、Na+、Ca2+等陽離子與結(jié)晶構(gòu)架的結(jié)等陽離子與結(jié)晶構(gòu)架的結(jié)合不很緊密，具有在水溶液中與其他陽離子進行可逆合不很緊密，具有在水溶液中與其他陽離子進行可逆交換的性質(zhì)。交換后沸石晶格結(jié)構(gòu)并未被破壞，只是交換的性質(zhì)。交換后沸石晶格結(jié)構(gòu)并未被破壞，只是通過離子交換使得晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電場、比表面積等通過離子交換使得晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電場、比表面積等發(fā)生了某種變化。發(fā)生了某種變化。 沸石離子交換性能的大小不僅與沸石的種類有關(guān)，沸石離子交換性能的大小不僅與沸石的種類有關(guān)，而且還與沸石的硅鋁比值、晶格中孔徑大小、孔道疏而且還與沸石的硅鋁比值、晶格中孔

4、徑大小、孔道疏通情況、陽離子的位置和性質(zhì)以及交換過程中的溫度、通情況、陽離子的位置和性質(zhì)以及交換過程中的溫度、壓力、離子濃度和壓力、離子濃度和pH值等諸多因素有關(guān)。值等諸多因素有關(guān)。 （3）催化性能）催化性能 當某種反應物質(zhì)寄附于沸石晶體內(nèi)部的大孔穴當某種反應物質(zhì)寄附于沸石晶體內(nèi)部的大孔穴表層時，其反應速度有所加快，且反應生成的新物表層時，其反應速度有所加快，且反應生成的新物質(zhì)可從沸石內(nèi)部擴散釋放出來，而沸石本身的晶體質(zhì)可從沸石內(nèi)部擴散釋放出來，而沸石本身的晶體格架不被破壞。格架不被破壞。 工業(yè)生產(chǎn)中，沸石常被作為催化劑載體，即將工業(yè)生產(chǎn)中，沸石常被作為催化劑載體，即將具有催化性能的金屬元素，

5、如稀土元素、銀、銅、具有催化性能的金屬元素，如稀土元素、銀、銅、鉑、鈀等，通過某種工藝使其進入沸石晶體內(nèi)部，鉑、鈀等，通過某種工藝使其進入沸石晶體內(nèi)部，制成相應的催化劑，加以利用。制成相應的催化劑，加以利用。（4）熱穩(wěn)定性）熱穩(wěn)定性 沸石巖的熱穩(wěn)定性與沸石巖中所含陽離子的沸石巖的熱穩(wěn)定性與沸石巖中所含陽離子的種類、沸石的硅鋁比、沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素有種類、沸石的硅鋁比、沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。關(guān)。（5）耐酸性）耐酸性4.1.3 沸石的應用沸石的應用沸石的應用領(lǐng)域與主要用途沸石的應用領(lǐng)域與主要用途應用領(lǐng)域應用領(lǐng)域主要用途主要用途離子交換離子交換除氟改良土壤，廢水處理，除去或回收重金屬離子，放射

6、性廢物除氟改良土壤，廢水處理，除去或回收重金屬離子，放射性廢物的處理，海水提鉀，海水淡化，硬水的軟化的處理，海水提鉀，海水淡化，硬水的軟化吸附分離吸附分離干燥劑，吸附分離劑，分子篩（對氣體、液體進行分離、凈化和干燥劑，吸附分離劑，分子篩（對氣體、液體進行分離、凈化和提純），除臭劑提純），除臭劑催化裂化催化裂化石油的催化、裂化劑石油的催化、裂化劑農(nóng)牧業(yè)農(nóng)牧業(yè)土壤改良劑（保持肥效）家畜（禽）飼料添加劑土壤改良劑（保持肥效）家畜（禽）飼料添加劑建材建材作水泥摻合料，燒制人造輕骨料，制輕質(zhì)高強板材及輕質(zhì)磚和輕作水泥摻合料，燒制人造輕骨料，制輕質(zhì)高強板材及輕質(zhì)磚和輕質(zhì)陶瓷制品、無機發(fā)泡劑，配制多孔混凝土

7、，作固結(jié)材料、建筑質(zhì)陶瓷制品、無機發(fā)泡劑，配制多孔混凝土，作固結(jié)材料、建筑石料石料造紙和塑料造紙和塑料紙張充填劑，塑料、樹脂、涂料的充填劑紙張充填劑，塑料、樹脂、涂料的充填劑4.2 4.2 沸石的深加工及應用沸石的深加工及應用1 沸石的提純沸石的提純天然沸石選礦的目的是除掉脈石礦物，富集沸石。天然沸石選礦的目的是除掉脈石礦物，富集沸石。天然沸石的選礦方法主要為重選法、浮選法、磁選天然沸石的選礦方法主要為重選法、浮選法、磁選法及其聯(lián)合方法，具體工藝根據(jù)礦石組成礦物的性法及其聯(lián)合方法，具體工藝根據(jù)礦石組成礦物的性質(zhì)確定。質(zhì)確定。 選礦后進行化學增白，通過化學處理去除天然礦石選礦后進行化學增白，通過

8、化學處理去除天然礦石中的少量含鐵礦物，一般采用單一酸處理、加還原中的少量含鐵礦物，一般采用單一酸處理、加還原劑酸處理和加絡合劑酸處理三種方法。劑酸處理和加絡合劑酸處理三種方法。 2沸石的粉碎沸石的粉碎 球磨機、雷蒙磨、輥磨機、立式磨、離球磨機、雷蒙磨、輥磨機、立式磨、離心磨、旋磨機、蝸輪式粉碎機和沖擊式粉碎心磨、旋磨機、蝸輪式粉碎機和沖擊式粉碎機等，其中大部分還需與分級機配套才能生機等，其中大部分還需與分級機配套才能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品；產(chǎn)出合格產(chǎn)品； 生產(chǎn)生產(chǎn)5-10m細度的天然沸石超細粉，選細度的天然沸石超細粉，選用下述粉碎設備比較合理：利用高速氣流沖用下述粉碎設備比較合理：利用高速氣流沖擊的氣

9、流磨，利用高速機械回轉(zhuǎn)沖擊及剪切擊的氣流磨，利用高速機械回轉(zhuǎn)沖擊及剪切作用的沖擊式超細粉碎機和利用摩擦研磨作作用的沖擊式超細粉碎機和利用摩擦研磨作用的振動磨與干式攪拌磨等。用的振動磨與干式攪拌磨等。3 沸石的改性及應用沸石的改性及應用（1）去除沸石表面的雜質(zhì)；）去除沸石表面的雜質(zhì)；（2）拓寬沸石內(nèi)部的孔道；）拓寬沸石內(nèi)部的孔道；（3）通過改性，改變孔道內(nèi)的交換離子類型；）通過改性，改變孔道內(nèi)的交換離子類型；改性方法：改性方法：（1）高溫焙燒）高溫焙燒（2）無機酸改性）無機酸改性（3）無機鹽改性）無機鹽改性（4）稀土改性）稀土改性（5）有機改性）有機改性沸石幾種表面改性的方法步驟沸石幾種表面改性

10、的方法步驟有機改性沸石制備工藝流程圖有機改性沸石制備工藝流程圖改性沸石處理廢水工藝流程圖改性沸石處理廢水工藝流程圖幾種改性沸石對幾種改性沸石對Cr(VI)去除率的影響去除率的影響（1）天然沸石粒徑對）天然沸石粒徑對Cr(VI)去除率的影響去除率的影響（2）HDTMA濃度對濃度對Cr(VI)去除率的影響去除率的影響（3）改性時間對）改性時間對Cr(VI)去除率的影響去除率的影響（4）改性溫度對）改性溫度對Cr(VI)去除率的影響去除率的影響正交實驗因素與水平表正交實驗因素與水平表 樣品的紅外光譜圖樣品的紅外光譜圖 A l00目的原沸石；目的原沸石；B 有機改性沸石；有機改性沸石； C 吸附吸附C

11、r(VI)的有機改性沸石的有機改性沸石天然沸石天然沸石 改性沸石改性沸石不同溫度改性的沸石去除砷不同溫度改性的沸石去除砷(V)的效果的效果（1）加熱改性）加熱改性（2）HCl改性改性不同濃度不同濃度HCl改性的沸石去除砷改性的沸石去除砷(V)的效果的效果（3）NaOH改性改性不同濃度不同濃度NaOH改性的沸石去除砷改性的沸石去除砷(v)的效果的效果（4）稀土改性）稀土改性不同濃度稀土溶液改性的沸石去除砷不同濃度稀土溶液改性的沸石去除砷(v)的效果的效果沸石稀土改性及沸石球制備沸石稀土改性及沸石球制備 改性微孔沸石球制備流程圖改性微孔沸石球制備流程圖造孔劑造孔劑在高溫燒制過程中被氧化為氣態(tài)物質(zhì)而

12、脫離球體，在球體中在高溫燒制過程中被氧化為氣態(tài)物質(zhì)而脫離球體，在球體中留下許多微孔，通過改變造孔劑的粒度和添加量，可人為調(diào)節(jié)制品留下許多微孔，通過改變造孔劑的粒度和添加量，可人為調(diào)節(jié)制品的孔徑大小和孔隙率。的孔徑大小和孔隙率。沸石自身粘結(jié)性較差，加入沸石自身粘結(jié)性較差，加入粘合劑粘合劑后更易于成型。后更易于成型。（1）造孔劑添加比對改性微孔沸石性能的影響）造孔劑添加比對改性微孔沸石性能的影響改性微孔沸石球的制備步驟：改性微孔沸石球的制備步驟： 取取-200目的改性沸石，加目的改性沸石，加2%的淀粉和一定量的的淀粉和一定量的水，再將三種造孔劑按不同的質(zhì)量百分比加入，將水，再將三種造孔劑按不同的質(zhì)

13、量百分比加入，將配料混合均勻后制成直徑配料混合均勻后制成直徑3mm的球形顆粒，在的球形顆粒，在8090下干燥成型，然后在下干燥成型，然后在600下加溫下加溫l.5h使使之燒結(jié)固化，冷卻至室溫后保存。之燒結(jié)固化，冷卻至室溫后保存?；钚蕴颗c木炭加入量與砷活性炭與木炭加入量與砷(v)去除率的關(guān)系去除率的關(guān)系木屑加入量與砷木屑加入量與砷(V)去除率的關(guān)系去除率的關(guān)系燒制溫度對改性微孔沸石球除砷燒制溫度對改性微孔沸石球除砷(V)的影響的影響燒制時間對改性微孔沸石球除砷燒制時間對改性微孔沸石球除砷(V)的影響的影響改性微孔沸石球去除砷（改性微孔沸石球去除砷（V）的性能）的性能廢水中砷廢水中砷(V)的濃度與

14、砷的濃度與砷(V)去除率的關(guān)系去除率的關(guān)系活性炭做造孔劑時粒徑與砷活性炭做造孔劑時粒徑與砷(V)去除率的關(guān)系去除率的關(guān)系 木炭做造孔劑時粒徑與砷木炭做造孔劑時粒徑與砷(V)去除率的關(guān)系去除率的關(guān)系溫度與砷溫度與砷(V)去除率的關(guān)系去除率的關(guān)系廢水廢水pH值與砷值與砷(V)去除率的關(guān)系去除率的關(guān)系沸石吸附甲醛沸石吸附甲醛沸石對氟的吸附沸石對氟的吸附 硫酸鎂濃度對吸附量的影響硫酸鎂濃度對吸附量的影響硫酸鎂浸泡時間對沸石活化的影響硫酸鎂浸泡時間對沸石活化的影響溫度對硫酸鎂活化沸石的影響溫度對硫酸鎂活化沸石的影響（酸改性）硫酸濃度對氟離子吸附量的影響（酸改性）硫酸濃度對氟離子吸附量的影響NaOH浸泡實

15、驗結(jié)果浸泡實驗結(jié)果溫度對沸石活化的影響溫度對沸石活化的影響在在450高溫下處理不同時間高溫下處理不同時間 后對后對F-的吸附的吸附有機改性對磷酸鹽去除率的影響有機改性對磷酸鹽去除率的影響綜合實驗綜合實驗多功能多孔吸附劑的制備多功能多孔吸附劑的制備實驗一實驗一 H型沸石的制備型沸石的制備 實驗二實驗二 無機膠結(jié)材料的制備無機膠結(jié)材料的制備 實驗三實驗三 多功能多孔吸附劑的制備及性能檢測多功能多孔吸附劑的制備及性能檢測 實驗一實驗一 H型沸石的制備型沸石的制備本實驗的目的：本實驗的目的：1 了解沸石的研究意義；了解沸石的研究意義；2 了解沸石的結(jié)構(gòu)和成分；了解沸石的結(jié)構(gòu)和成分；3 掌握掌握H型沸石

16、的制備方法，深入認識沸型沸石的制備方法，深入認識沸 石的離子交換性能；石的離子交換性能；4 掌握回流系統(tǒng)和抽濾裝置的使用方法。掌握回流系統(tǒng)和抽濾裝置的使用方法。實驗步驟實驗步驟1 裝好回流反應裝置；裝好回流反應裝置；2 50g沸石沸石120ml水水25ml（HCl）倒入磨口錐）倒入磨口錐 形瓶中（加入防瀑瓷子）；形瓶中（加入防瀑瓷子）；3 加熱至微沸后繼續(xù)低溫加熱回流加熱至微沸后繼續(xù)低溫加熱回流1.5h(觀察顏色觀察顏色變化并記錄變化并記錄)；4 用漏斗、濾紙濾出沸石，反復抽濾、洗滌至中性，用漏斗、濾紙濾出沸石，反復抽濾、洗滌至中性，濾液倒入三角瓶中；濾液倒入三角瓶中；5 將洗凈沸石裝入坩堝放

17、入（將洗凈沸石裝入坩堝放入（1053）烘箱中）烘箱中干燥，研磨至干燥，研磨至200目即成目即成H型沸石。型沸石。6 取出（取出（5）制備出的）制備出的“H型型”沸石稱量，計算損沸石稱量，計算損失率失率(50 x)/50100。實驗二實驗二 無機膠結(jié)材料的制備無機膠結(jié)材料的制備本實驗的目的本實驗的目的: :1 1 了解無機膠結(jié)材料的作用；了解無機膠結(jié)材料的作用；2 2 了解膠結(jié)的機理；了解膠結(jié)的機理；3 3 掌握無機膠結(jié)材料的制備方法。掌握無機膠結(jié)材料的制備方法。實驗步驟實驗步驟1 稱取稱取1.5gNaOH溶于溶于10ml水中；水中；2 稱取稱取1.25g Al2O3、0.5g ZnO、1.25

18、g Na2B4O710H2O 倒入燒杯倒入燒杯1中充分攪拌；中充分攪拌；3 量取量取25ml水倒入水倒入2中繼續(xù)攪拌；中繼續(xù)攪拌；4 量取量取12.5ml水玻璃倒入水玻璃倒入3中繼續(xù)攪拌；中繼續(xù)攪拌；5 用滴管吸取用滴管吸取H3PO4逐滴緩緩滴入逐滴緩緩滴入4燒杯中，同時連續(xù)攪燒杯中，同時連續(xù)攪 拌當凝膠瞬間形成時停止滴加拌當凝膠瞬間形成時停止滴加H3PO4（測（測PH值為值為10 左右），繼續(xù)將凝膠慢慢攪拌均勻。左右），繼續(xù)將凝膠慢慢攪拌均勻。實驗三實驗三 多功能多孔吸附劑的制備及性能檢測多功能多孔吸附劑的制備及性能檢測 本實驗目的：本實驗目的：1 了解沸石在環(huán)境處理方面的作用；了解沸石在環(huán)

19、境處理方面的作用；2 深入認識無機膠結(jié)材料在多功能多孔吸附劑制備深入認識無機膠結(jié)材料在多功能多孔吸附劑制備 中的作用；中的作用；3 掌握多功能多孔吸附劑的制備方法；掌握多功能多孔吸附劑的制備方法；4 掌握樣品吸水量檢測方法。掌握樣品吸水量檢測方法。實驗步驟實驗步驟1 多功能多孔吸附劑的制備多功能多孔吸附劑的制備（1）稱?。┓Q取40g“H型型”沸石慢慢加入凝膠中并不斷沸石慢慢加入凝膠中并不斷攪攪 拌，當沸石與凝膠結(jié)合均勻后停止攪拌；拌，當沸石與凝膠結(jié)合均勻后停止攪拌；（2）將沸石膠結(jié)物搓成小球擺在）將沸石膠結(jié)物搓成小球擺在1053恒溫箱恒溫箱 中干燥中干燥4h；（3）將干燥后的樣品在）將干燥后的

20、樣品在500溫度的馬弗爐中燒溫度的馬弗爐中燒 結(jié)結(jié)6h；（4）將馬弗爐中取出的樣品放在干燥皿中備用。）將馬弗爐中取出的樣品放在干燥皿中備用。2 沸石球吸水性能檢測沸石球吸水性能檢測（1）將玻璃盒洗凈放在）將玻璃盒洗凈放在1053恒溫箱中恒溫稱恒溫箱中恒溫稱 重（重復重（重復3次，重量無變化）記為次，重量無變化）記為W0；（2）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為W1；（3）將稱量好的沸石球浸泡在蒸餾水中約）將稱量好的沸石球浸泡在蒸餾水中約0.5h；（4）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱 量，記為量，記為W2；（

21、5）計算該沸石球吸水量）計算該沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）對另）對另4個沸石球重復進行上述（個沸石球重復進行上述（1）（5）步）步 操作和計算，得到吸收率操作和計算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；（7）計算吸水率平均值：）計算吸水率平均值： A=（A1+A2+A3+A4+A5）/52 沸石球吸水性能檢測沸石球吸水性能檢測（1）將玻璃盒洗凈放在）將玻璃盒洗凈放在1053恒溫箱中恒溫稱恒溫箱中恒溫稱 重（重復重（重復3次，重量無變化）記為次，重量無變化）記為W0；（2）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為W1；（3）將稱量好

22、的沸石球浸泡在蒸餾水中約）將稱量好的沸石球浸泡在蒸餾水中約0.5h；（4）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱 量，記為量，記為W2；（5）計算該沸石球吸水量）計算該沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）對另）對另4個沸石球重復進行上述（個沸石球重復進行上述（1）（5）步）步 操作和計算，得到吸收率操作和計算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；（7）計算吸水率平均值：）計算吸水率平均值： A=（A1+A2+A3+A4+A5）/52 沸石球吸水性能檢測沸石球吸水性能檢測（1）將玻璃盒洗凈放在）將玻璃盒洗凈放在1053恒溫箱中

23、恒溫稱恒溫箱中恒溫稱 重（重復重（重復3次，重量無變化）記為次，重量無變化）記為W0；（2）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為W1；（3）將稱量好的沸石球浸泡在蒸餾水中約）將稱量好的沸石球浸泡在蒸餾水中約0.5h；（4）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱 量，記為量，記為W2；（5）計算該沸石球吸水量）計算該沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）對另）對另4個沸石球重復進行上述（個沸石球重復進行上述（1）（5）步）步 操作和計算，得到吸收率操作和計算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；

24、（7）計算吸水率平均值：）計算吸水率平均值： A=（A1+A2+A3+A4+A5）/52 沸石球吸水性能檢測沸石球吸水性能檢測（1）將玻璃盒洗凈放在）將玻璃盒洗凈放在1053恒溫箱中恒溫稱恒溫箱中恒溫稱 重（重復重（重復3次，重量無變化）記為次，重量無變化）記為W0；（2）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為）將一沸石球放入玻璃盒一起稱重，記為W1；（3）將稱量好的沸石球浸泡在蒸餾水中約）將稱量好的沸石球浸泡在蒸餾水中約0.5h；（4）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱）將充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份稱 量，記為量，記為W2；（5）計算該沸石球吸水量）計算該沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）對另）對另4個沸石球重復進行上述（個沸石球重復進行上述（1）（5）步）步 操作和計算，得到吸收率操作和計算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；（7）計算吸水率平均值：）計算吸水率平均值： A=（A1+A2