矿物材料课件：沸石深加工（第一章）

1、 矿物材料制备技术之矿物材料制备技术之 沸石的深加工及应用沸石的深加工及应用4.1 4.1 沸石概况沸石概况4.1.1 沸石的成分与结构沸石的成分与结构 沸石沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。化学通式可表示为：化学通式可表示为：(Na,K)x(Ca,Sr,Ba,Mg)yAlx+2ySin-(x+2y)O2n .mH2Ox：碱金属离子数；：碱金属离子数；y：碱土金属离子数；：碱土金属离子数；n：表示硅铝离子数之和；：表示硅铝离子数之和；m：水分子数。：水分子数。 我国部分地区沸石岩化学成分表我国部分地区

2、沸石岩化学成分表 沸石中几种孔穴的形状沸石中几种孔穴的形状（1）吸附性能）吸附性能 沸石晶体内大量的空穴和孔道，使沸石具沸石晶体内大量的空穴和孔道，使沸石具有很大的比表面积，加上特殊的分子结构而形有很大的比表面积，加上特殊的分子结构而形成的较大静电引力，使沸石具有相当大的应力成的较大静电引力，使沸石具有相当大的应力场。沸石内空穴和孔道一旦场。沸石内空穴和孔道一旦“空缺空缺”，就会表，就会表现出对气体或液体很强的吸附能力。现出对气体或液体很强的吸附能力。 沸石吸附具有两个显著的特点，即选择性沸石吸附具有两个显著的特点，即选择性吸附和高效率吸附。吸附和高效率吸附。 4.1.2 沸石的性能与应用沸石

3、的性能与应用（2）离子交换性能）离子交换性能 沸石中沸石中K+、Na+、Ca2+等阳离子与结晶构架的结等阳离子与结晶构架的结合不很紧密，具有在水溶液中与其他阳离子进行可逆合不很紧密，具有在水溶液中与其他阳离子进行可逆交换的性质。交换后沸石晶格结构并未被破坏，只是交换的性质。交换后沸石晶格结构并未被破坏，只是通过离子交换使得晶体结构内部的电场、比表面积等通过离子交换使得晶体结构内部的电场、比表面积等发生了某种变化。发生了某种变化。 沸石离子交换性能的大小不仅与沸石的种类有关，沸石离子交换性能的大小不仅与沸石的种类有关，而且还与沸石的硅铝比值、晶格中孔径大小、孔道疏而且还与沸石的硅铝比值、晶格中孔

4、径大小、孔道疏通情况、阳离子的位置和性质以及交换过程中的温度、通情况、阳离子的位置和性质以及交换过程中的温度、压力、离子浓度和压力、离子浓度和pH值等诸多因素有关。值等诸多因素有关。 （3）催化性能）催化性能 当某种反应物质寄附于沸石晶体内部的大孔穴当某种反应物质寄附于沸石晶体内部的大孔穴表层时，其反应速度有所加快，且反应生成的新物表层时，其反应速度有所加快，且反应生成的新物质可从沸石内部扩散释放出来，而沸石本身的晶体质可从沸石内部扩散释放出来，而沸石本身的晶体格架不被破坏。格架不被破坏。 工业生产中，沸石常被作为催化剂载体，即将工业生产中，沸石常被作为催化剂载体，即将具有催化性能的金属元素，

5、如稀土元素、银、铜、具有催化性能的金属元素，如稀土元素、银、铜、铂、钯等，通过某种工艺使其进入沸石晶体内部，铂、钯等，通过某种工艺使其进入沸石晶体内部，制成相应的催化剂，加以利用。制成相应的催化剂，加以利用。（4）热稳定性）热稳定性 沸石岩的热稳定性与沸石岩中所含阳离子的沸石岩的热稳定性与沸石岩中所含阳离子的种类、沸石的硅铝比、沸石的内部结构等因素有种类、沸石的硅铝比、沸石的内部结构等因素有关。关。（5）耐酸性）耐酸性4.1.3 沸石的应用沸石的应用沸石的应用领域与主要用途沸石的应用领域与主要用途应用领域应用领域主要用途主要用途离子交换离子交换除氟改良土壤，废水处理，除去或回收重金属离子，放射

6、性废物除氟改良土壤，废水处理，除去或回收重金属离子，放射性废物的处理，海水提钾，海水淡化，硬水的软化的处理，海水提钾，海水淡化，硬水的软化吸附分离吸附分离干燥剂，吸附分离剂，分子筛（对气体、液体进行分离、净化和干燥剂，吸附分离剂，分子筛（对气体、液体进行分离、净化和提纯），除臭剂提纯），除臭剂催化裂化催化裂化石油的催化、裂化剂石油的催化、裂化剂农牧业农牧业土壤改良剂（保持肥效）家畜（禽）饲料添加剂土壤改良剂（保持肥效）家畜（禽）饲料添加剂建材建材作水泥掺合料，烧制人造轻骨料，制轻质高强板材及轻质砖和轻作水泥掺合料，烧制人造轻骨料，制轻质高强板材及轻质砖和轻质陶瓷制品、无机发泡剂，配制多孔混凝土

7、，作固结材料、建筑质陶瓷制品、无机发泡剂，配制多孔混凝土，作固结材料、建筑石料石料造纸和塑料造纸和塑料纸张充填剂，塑料、树脂、涂料的充填剂纸张充填剂，塑料、树脂、涂料的充填剂4.2 4.2 沸石的深加工及应用沸石的深加工及应用1 沸石的提纯沸石的提纯天然沸石选矿的目的是除掉脉石矿物，富集沸石。天然沸石选矿的目的是除掉脉石矿物，富集沸石。天然沸石的选矿方法主要为重选法、浮选法、磁选天然沸石的选矿方法主要为重选法、浮选法、磁选法及其联合方法，具体工艺根据矿石组成矿物的性法及其联合方法，具体工艺根据矿石组成矿物的性质确定。质确定。 选矿后进行化学增白，通过化学处理去除天然矿石选矿后进行化学增白，通过

8、化学处理去除天然矿石中的少量含铁矿物，一般采用单一酸处理、加还原中的少量含铁矿物，一般采用单一酸处理、加还原剂酸处理和加络合剂酸处理三种方法。剂酸处理和加络合剂酸处理三种方法。 2沸石的粉碎沸石的粉碎 球磨机、雷蒙磨、辊磨机、立式磨、离球磨机、雷蒙磨、辊磨机、立式磨、离心磨、旋磨机、蜗轮式粉碎机和冲击式粉碎心磨、旋磨机、蜗轮式粉碎机和冲击式粉碎机等，其中大部分还需与分级机配套才能生机等，其中大部分还需与分级机配套才能生产出合格产品；产出合格产品； 生产生产5-10m细度的天然沸石超细粉，选细度的天然沸石超细粉，选用下述粉碎设备比较合理：利用高速气流冲用下述粉碎设备比较合理：利用高速气流冲击的气

9、流磨，利用高速机械回转冲击及剪切击的气流磨，利用高速机械回转冲击及剪切作用的冲击式超细粉碎机和利用摩擦研磨作作用的冲击式超细粉碎机和利用摩擦研磨作用的振动磨与干式搅拌磨等。用的振动磨与干式搅拌磨等。3 沸石的改性及应用沸石的改性及应用（1）去除沸石表面的杂质；）去除沸石表面的杂质；（2）拓宽沸石内部的孔道；）拓宽沸石内部的孔道；（3）通过改性，改变孔道内的交换离子类型；）通过改性，改变孔道内的交换离子类型；改性方法：改性方法：（1）高温焙烧）高温焙烧（2）无机酸改性）无机酸改性（3）无机盐改性）无机盐改性（4）稀土改性）稀土改性（5）有机改性）有机改性沸石几种表面改性的方法步骤沸石几种表面改性

10、的方法步骤有机改性沸石制备工艺流程图有机改性沸石制备工艺流程图改性沸石处理废水工艺流程图改性沸石处理废水工艺流程图几种改性沸石对几种改性沸石对Cr(VI)去除率的影响去除率的影响（1）天然沸石粒径对）天然沸石粒径对Cr(VI)去除率的影响去除率的影响（2）HDTMA浓度对浓度对Cr(VI)去除率的影响去除率的影响（3）改性时间对）改性时间对Cr(VI)去除率的影响去除率的影响（4）改性温度对）改性温度对Cr(VI)去除率的影响去除率的影响正交实验因素与水平表正交实验因素与水平表 样品的红外光谱图样品的红外光谱图 A l00目的原沸石；目的原沸石；B 有机改性沸石；有机改性沸石； C 吸附吸附C

11、r(VI)的有机改性沸石的有机改性沸石天然沸石天然沸石 改性沸石改性沸石不同温度改性的沸石去除砷不同温度改性的沸石去除砷(V)的效果的效果（1）加热改性）加热改性（2）HCl改性改性不同浓度不同浓度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改性改性不同浓度不同浓度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）稀土改性不同浓度稀土溶液改性的沸石去除砷不同浓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备沸石稀土改性及沸石球制备 改性微孔沸石球制备流程图改性微孔沸石球制备流程图造孔剂造孔剂在高温烧制过程中被氧化为气态物质而

12、脱离球体，在球体中在高温烧制过程中被氧化为气态物质而脱离球体，在球体中留下许多微孔，通过改变造孔剂的粒度和添加量，可人为调节制品留下许多微孔，通过改变造孔剂的粒度和添加量，可人为调节制品的孔径大小和孔隙率。的孔径大小和孔隙率。沸石自身粘结性较差，加入沸石自身粘结性较差，加入粘合剂粘合剂后更易于成型。后更易于成型。（1）造孔剂添加比对改性微孔沸石性能的影响）造孔剂添加比对改性微孔沸石性能的影响改性微孔沸石球的制备步骤：改性微孔沸石球的制备步骤： 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，再将三种造孔剂按不同的质量百分比加入，将水，再将三种造孔剂按不同的质

13、量百分比加入，将配料混合均匀后制成直径配料混合均匀后制成直径3mm的球形颗粒，在的球形颗粒，在8090下干燥成型，然后在下干燥成型，然后在600下加温下加温l.5h使使之烧结固化，冷却至室温后保存。之烧结固化，冷却至室温后保存。活性炭与木炭加入量与砷活性炭与木炭加入量与砷(v)去除率的关系去除率的关系木屑加入量与砷木屑加入量与砷(V)去除率的关系去除率的关系烧制温度对改性微孔沸石球除砷烧制温度对改性微孔沸石球除砷(V)的影响的影响烧制时间对改性微孔沸石球除砷烧制时间对改性微孔沸石球除砷(V)的影响的影响改性微孔沸石球去除砷（改性微孔沸石球去除砷（V）的性能）的性能废水中砷废水中砷(V)的浓度与

14、砷的浓度与砷(V)去除率的关系去除率的关系活性炭做造孔剂时粒径与砷活性炭做造孔剂时粒径与砷(V)去除率的关系去除率的关系 木炭做造孔剂时粒径与砷木炭做造孔剂时粒径与砷(V)去除率的关系去除率的关系温度与砷温度与砷(V)去除率的关系去除率的关系废水废水pH值与砷值与砷(V)去除率的关系去除率的关系沸石吸附甲醛沸石吸附甲醛沸石对氟的吸附沸石对氟的吸附 硫酸镁浓度对吸附量的影响硫酸镁浓度对吸附量的影响硫酸镁浸泡时间对沸石活化的影响硫酸镁浸泡时间对沸石活化的影响温度对硫酸镁活化沸石的影响温度对硫酸镁活化沸石的影响（酸改性）硫酸浓度对氟离子吸附量的影响（酸改性）硫酸浓度对氟离子吸附量的影响NaOH浸泡实

15、验结果浸泡实验结果温度对沸石活化的影响温度对沸石活化的影响在在450高温下处理不同时间高温下处理不同时间 后对后对F-的吸附的吸附有机改性对磷酸盐去除率的影响有机改性对磷酸盐去除率的影响综合实验综合实验多功能多孔吸附剂的制备多功能多孔吸附剂的制备实验一实验一 H型沸石的制备型沸石的制备 实验二实验二 无机胶结材料的制备无机胶结材料的制备 实验三实验三 多功能多孔吸附剂的制备及性能检测多功能多孔吸附剂的制备及性能检测 实验一实验一 H型沸石的制备型沸石的制备本实验的目的：本实验的目的：1 了解沸石的研究意义；了解沸石的研究意义；2 了解沸石的结构和成分；了解沸石的结构和成分；3 掌握掌握H型沸石

16、的制备方法，深入认识沸型沸石的制备方法，深入认识沸 石的离子交换性能；石的离子交换性能；4 掌握回流系统和抽滤装置的使用方法。掌握回流系统和抽滤装置的使用方法。实验步骤实验步骤1 装好回流反应装置；装好回流反应装置；2 50g沸石沸石120ml水水25ml（HCl）倒入磨口锥）倒入磨口锥 形瓶中（加入防瀑瓷子）；形瓶中（加入防瀑瓷子）；3 加热至微沸后继续低温加热回流加热至微沸后继续低温加热回流1.5h(观察颜色观察颜色变化并记录变化并记录)；4 用漏斗、滤纸滤出沸石，反复抽滤、洗涤至中性，用漏斗、滤纸滤出沸石，反复抽滤、洗涤至中性，滤液倒入三角瓶中；滤液倒入三角瓶中；5 将洗净沸石装入坩埚放

17、入（将洗净沸石装入坩埚放入（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）制备出的）制备出的“H型型”沸石称量，计算损沸石称量，计算损失率失率(50 x)/50100。实验二实验二 无机胶结材料的制备无机胶结材料的制备本实验的目的本实验的目的: :1 1 了解无机胶结材料的作用；了解无机胶结材料的作用；2 2 了解胶结的机理；了解胶结的机理；3 3 掌握无机胶结材料的制备方法。掌握无机胶结材料的制备方法。实验步骤实验步骤1 称取称取1.5gNaOH溶于溶于10ml水中；水中；2 称取称取1.25g Al2O3、0.5g ZnO、1.25

18、g Na2B4O710H2O 倒入烧杯倒入烧杯1中充分搅拌；中充分搅拌；3 量取量取25ml水倒入水倒入2中继续搅拌；中继续搅拌；4 量取量取12.5ml水玻璃倒入水玻璃倒入3中继续搅拌；中继续搅拌；5 用滴管吸取用滴管吸取H3PO4逐滴缓缓滴入逐滴缓缓滴入4烧杯中，同时连续搅烧杯中，同时连续搅 拌当凝胶瞬间形成时停止滴加拌当凝胶瞬间形成时停止滴加H3PO4（测（测PH值为值为10 左右），继续将凝胶慢慢搅拌均匀。左右），继续将凝胶慢慢搅拌均匀。实验三实验三 多功能多孔吸附剂的制备及性能检测多功能多孔吸附剂的制备及性能检测 本实验目的：本实验目的：1 了解沸石在环境处理方面的作用；了解沸石在环

19、境处理方面的作用；2 深入认识无机胶结材料在多功能多孔吸附剂制备深入认识无机胶结材料在多功能多孔吸附剂制备 中的作用；中的作用；3 掌握多功能多孔吸附剂的制备方法；掌握多功能多孔吸附剂的制备方法；4 掌握样品吸水量检测方法。掌握样品吸水量检测方法。实验步骤实验步骤1 多功能多孔吸附剂的制备多功能多孔吸附剂的制备（1）称取）称取40g“H型型”沸石慢慢加入凝胶中并不断沸石慢慢加入凝胶中并不断搅搅 拌，当沸石与凝胶结合均匀后停止搅拌；拌，当沸石与凝胶结合均匀后停止搅拌；（2）将沸石胶结物搓成小球摆在）将沸石胶结物搓成小球摆在1053恒温箱恒温箱 中干燥中干燥4h；（3）将干燥后的样品在）将干燥后的

20、样品在500温度的马弗炉中烧温度的马弗炉中烧 结结6h；（4）将马弗炉中取出的样品放在干燥皿中备用。）将马弗炉中取出的样品放在干燥皿中备用。2 沸石球吸水性能检测沸石球吸水性能检测（1）将玻璃盒洗净放在）将玻璃盒洗净放在1053恒温箱中恒温称恒温箱中恒温称 重（重复重（重复3次，重量无变化）记为次，重量无变化）记为W0；（2）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为W1；（3）将称量好的沸石球浸泡在蒸馏水中约）将称量好的沸石球浸泡在蒸馏水中约0.5h；（4）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称 量，记为量，记为W2；（

21、5）计算该沸石球吸水量）计算该沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）对另）对另4个沸石球重复进行上述（个沸石球重复进行上述（1）（5）步）步 操作和计算，得到吸收率操作和计算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；（7）计算吸水率平均值：）计算吸水率平均值： A=（A1+A2+A3+A4+A5）/52 沸石球吸水性能检测沸石球吸水性能检测（1）将玻璃盒洗净放在）将玻璃盒洗净放在1053恒温箱中恒温称恒温箱中恒温称 重（重复重（重复3次，重量无变化）记为次，重量无变化）记为W0；（2）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为W1；（3）将称量好

22、的沸石球浸泡在蒸馏水中约）将称量好的沸石球浸泡在蒸馏水中约0.5h；（4）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称 量，记为量，记为W2；（5）计算该沸石球吸水量）计算该沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）对另）对另4个沸石球重复进行上述（个沸石球重复进行上述（1）（5）步）步 操作和计算，得到吸收率操作和计算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；（7）计算吸水率平均值：）计算吸水率平均值： A=（A1+A2+A3+A4+A5）/52 沸石球吸水性能检测沸石球吸水性能检测（1）将玻璃盒洗净放在）将玻璃盒洗净放在1053恒温箱中

23、恒温称恒温箱中恒温称 重（重复重（重复3次，重量无变化）记为次，重量无变化）记为W0；（2）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为W1；（3）将称量好的沸石球浸泡在蒸馏水中约）将称量好的沸石球浸泡在蒸馏水中约0.5h；（4）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称 量，记为量，记为W2；（5）计算该沸石球吸水量）计算该沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）对另）对另4个沸石球重复进行上述（个沸石球重复进行上述（1）（5）步）步 操作和计算，得到吸收率操作和计算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；

24、（7）计算吸水率平均值：）计算吸水率平均值： A=（A1+A2+A3+A4+A5）/52 沸石球吸水性能检测沸石球吸水性能检测（1）将玻璃盒洗净放在）将玻璃盒洗净放在1053恒温箱中恒温称恒温箱中恒温称 重（重复重（重复3次，重量无变化）记为次，重量无变化）记为W0；（2）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为）将一沸石球放入玻璃盒一起称重，记为W1；（3）将称量好的沸石球浸泡在蒸馏水中约）将称量好的沸石球浸泡在蒸馏水中约0.5h；（4）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称）将充分吸水后的沸石球用毛巾吸干表面水份称 量，记为量，记为W2；（5）计算该沸石球吸水量）计算该沸石球吸水量A1（H2O）W2W1/ W1- W0100；（6）对另）对另4个沸石球重复进行上述（个沸石球重复进行上述（1）（5）步）步 操作和计算，得到吸收率操作和计算，得到吸收率A2，A3，A4，A5；（7）计算吸水率平均值：）计算吸水率平均值： A=（A1+A2