隨著世界工業(yè)的持續(xù)發(fā)展,尤其是人口眾多的發(fā)展中國家的工業(yè)化水平的提高,工業(yè)發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重,這個(gè)問題在我國近幾年的發(fā)展中尤為突出。因此不同行業(yè)的專家對預(yù)防和治理環(huán)境污染從不同的角度提出了不同的方法。工業(yè)礦物在這方面的有效作用似更應(yīng)引起人們的注意和開發(fā)利用。一些工業(yè)礦物由于其自身特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及物理化學(xué)性能,從而產(chǎn)生有效的環(huán)境保護(hù)性能。在幾種具有環(huán)境保護(hù)作用的工業(yè)礦物中,沸石獨(dú)占整頭。沸石是一種架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物,因此其內(nèi)部具有許多孔穴和通道。在一定的物理化學(xué)條件下,不同種類的沸石內(nèi)部孔徑大小有差異,一般直徑約為0.3-1.1nm,分子或離子小于這個(gè)直徑的物質(zhì)能被其吸附或通過這些孔穴,而大于這些孔穴的物質(zhì)則被排斥在外。這就是工業(yè)界所稱的分子篩作用。
沸石的這種結(jié)構(gòu)就決定了其所具有的特殊物理化學(xué)性能。如離子交換性,吸附分離性也稱選擇性吸附和催化性等。尤其特殊的是具有容納性,即溫度升高時(shí),沸石孔穴變大而容進(jìn)其他物質(zhì)分子當(dāng)冷卻降溫時(shí),它的空間變小,從而使被容納的物質(zhì)分子被截留,這些被截留的物質(zhì)組份以較高的密度被保存住,直至進(jìn)行熱處理。天然沸石正是以這些特有的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能而起到有效的環(huán)境保護(hù)作用。目前,沸石在環(huán)境保護(hù)中的主要用途有:
(1)方沸石對離子直徑<0.266nm的Cu,Cr,Cd等有較高的陽離子交換容量。據(jù)報(bào)道,日本在金屬加工的后處理如電鍍廠工程中用方沸石對廢液中的這些有害金屬進(jìn)行處理。另外,根據(jù)不同種類沸石對不同種類金屬的交換作用,國外一些礦山企業(yè)利用沸石對礦山廢水中的重金屬進(jìn)行選擇性提出。
(2)絲光沸石對SO2,H2s,Co2,nh3的吸附值最高可達(dá)120mg/g,平均也達(dá)30mg/g左右,斜發(fā)沸石對SO2,H2s,co2,H2o的吸附量平均為50mg/g左右。美國在利用沸石的這種性能方面有很高程度的技術(shù)水平,并取得了有效的結(jié)果。美國的有限公司利用沸石清除天然氣中的有害氣體。該公司采用壓力轉(zhuǎn)換吸附工藝能從天然氣中提出達(dá)30%的co2,H2s和H2o。該公司還研制了一種菱沸石吸附柱來除去有機(jī)物造氣中的上述有害氣體。這既開辟了新的能源,同時(shí)保護(hù)了環(huán)境,并減輕了氣體對設(shè)備的酸性腐蝕。美國為了解決發(fā)電廠排放進(jìn)大氣中的s,用斜發(fā)沸石和絲光沸石的制成品來清除煙氣中的so2。歐洲一些國家在酸廠用斜發(fā)沸石對so2氣體進(jìn)行分離吸附。這種應(yīng)用使當(dāng)?shù)氐乃嵊甑玫搅溯^好的治理,空氣質(zhì)量大為好轉(zhuǎn),降雨也變得清沽。
(3)?幾個(gè)發(fā)達(dá)國家在處理核廢料方面也利用了沸石。美國的核發(fā)電廠用斜發(fā)沸石制成的吸附柱,可以使核污染的廢水中的94%的放射性艷得到提出。憊大利、英國、法國、俄羅斯等國也都開發(fā)出了類似美國的方法。盡管工藝各有不同,但共同的是他們都采用了斜發(fā)沸石作為提出材料,用沸石作原料處理核廢料收到了價(jià)廉質(zhì)高的雙重效果。因?yàn)榉惺然瘜W(xué)交換法所用的樹脂要便宜,而且沸石吸附核廢料后的抗退化作用強(qiáng)。在中國業(yè)已進(jìn)人開發(fā)利用核能的時(shí)代,有關(guān)專家應(yīng)盡早提出這方面的應(yīng)用研究和開發(fā)工藝方法。
(4)美國、德國、意大利和日本等一些國家對洗滌劑中的三聚磷酸鈉含量有嚴(yán)格的限制。這是因?yàn)檫@種化合物對所流經(jīng)的河流的生物有很大的影響而破壞水質(zhì)。這些國家經(jīng)過試驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)沸石可以作為這種化合物的替代原料。這就是4a型沸石和a型沸石與x型沸石的結(jié)合物。這主要是利用沸石的離子交換性和吸附性。a型沸石可除去ca離子,x型沸石可除去mg離子,從而產(chǎn)生理想的洗滌效果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),這些國家在90年代初期為此而利用的沸石量可達(dá)200多萬噸。這種明顯的環(huán)境保護(hù)作用和巨大的經(jīng)濟(jì)利益表明了沸石礦物的潛在價(jià)值。
(5)沸石在除去水中氛元素的作用。據(jù)衛(wèi)生部門的調(diào)查,中國很多地區(qū)的飲用水中含有超量的氛元素,稱為高氛水。因此降氛改水就成為這些地區(qū)關(guān)系民生的一件大事。日本等國早已研制出了利用沸石降低水中氛的工藝方法。他們將斜發(fā)沸石進(jìn)行酸處理,然后讓含氟水通過平面上互相連通的晶格間通道,其中的氛元素就在沸石的孔穴中被容留提出。這種方法不會(huì)對水質(zhì)帶來二次污染,而且材料成本低廉。
(6)沸石在改善能源結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用。美國利用菱沸石和斜發(fā)沸石從太陽的輻射中吸收和釋放熱能,從而節(jié)約了產(chǎn)生污染的熱能。在陽光照射下沸石脫水,夜間沸石會(huì)重新吸水。這樣每磅沸石會(huì)產(chǎn)生數(shù)十千卡的熱量變化。俄羅斯在吸房溫室中利用沸石儲(chǔ)存熱能方面也有了廣泛應(yīng)用。美國的沸石動(dòng)力公司利用沸石制成太陽能致冷設(shè)備。這種設(shè)備在低壓下使沸石吸附致冷氣體壓力升高時(shí)致冷氣體釋放出來。據(jù)認(rèn)為,斜發(fā)沸石和菱沸石用于太陽能致冷最有效。
(7)沸石在處理印染工業(yè)廢水中的作用。天然沸石具有吸附酸性和堿性染料的性能。日本利用斜發(fā)沸石制成的染色污水處理設(shè)備可對不同的染料進(jìn)行選擇性吸附使污水的脫色能力大為提高。
天然沸石還可作為農(nóng)藥的載體,使農(nóng)藥對空氣和水的污染降低和變緩。這是因?yàn)榉惺梢晕d殺蟲用的金屬毒性成分,使其級(jí)慢釋放。這樣一能充分發(fā)揮藥效,二能阻止農(nóng)藥快速揮發(fā)到空氣和流失到地面水中。另外,沸石在催化荊生產(chǎn)和石油化工中都具有對有害物質(zhì)的吸附提出能力。天然沸石在清潔水塘雜質(zhì)方面也得到了應(yīng)用。
總之,天然佛石在環(huán)境保護(hù)行業(yè)中的作用有著巨大的潛力,值得礦業(yè)界和有關(guān)行業(yè)專家大力開展應(yīng)用研究和開發(fā)。