沸石(zeolite)是一種含有水架狀結構的鋁硅酸鹽礦物,最早發現于1756年。瑞典的礦物學家克朗斯提(Cronstedt)發現有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時會產生沸騰現象,因此命名為“沸石”(瑞典文zeolit)。在希臘文中意為“沸騰”(zeo)的“石頭”(lithos)。此后,人們對沸石的研究不斷深入。
沸石的一般化學式為:AmBpO2p·nH2O,結構式為A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O) 其中:A為Ca、Na、K、Ba、Sr等陽離子,B為Al和Si,p為陽離子化合價,m為陽離子數,n為水分子數,x為Al原子數,y為Si原子數,(y/x)通常在1~5之間,(x+y)是單位晶胞中四面體的個數。
自然界已發現的沸石有30多種,較常見的有方沸石、菱沸石、鈣沸石、片沸石、鈉沸石、絲光沸石、輝沸石等,都以含鈣、鈉為主。它們含水量的多少隨外界溫度和濕度的變化而變化。晶體所屬晶系隨礦物種的不同而異,以單斜晶系和正交晶系(斜方晶系)的占多數。方沸石、菱沸石常呈等軸狀晶形,片沸石、輝沸石呈板狀,毛沸石、絲光沸石呈針狀或纖維狀,鈣十字沸石和輝沸石雙晶常見。純凈的各種沸石均為無色或白色,但可因混入雜質而呈各種淺色。玻璃光澤。解理隨晶體結構而異。莫氏硬度中等。比重介于2.0~2.3,含鋇的則可達 2.5~2.8。沸石主要形成于低溫熱液階段,常見于噴出巖氣孔中,也見于熱液礦床和近代溫泉沉積中。沸石可以借水的滲濾作用,以進行陽離子的交換,其成分中的鈉、鈣離子可與水溶液中的鉀、鎂等離子交換,工業上用以軟化硬水。沸石的晶體結構是由硅(鋁)氧四面體連成三維的格架,格架中有各種大小不同的空穴和通道,具有很大的開放性。堿金屬或堿土金屬 離子和水分子均分布在空穴和通道中,與格架的聯系較弱。不同的離子交換對沸石結構影響很小,但使沸石的性質發生變化。晶格中存在的大小不同空腔,可以吸取或過濾大小不同的其他物質的分子。工業上常將其作為分子篩,以凈化或分離混合成分的物質,如氣體分離、石油凈化、處理工業污染等。
沸石的構造與石英、長石的骨架有些不同。石英、長石的骨架構造比較嚴緊,比重2.6~2.7,而沸石的骨架構造比較空疏,比重2.0~2.2。其脫水后的空腔可大至47%,如菱沸石,甚至50%,如合成沸石。在長石構造中,金屬陽離子都限制在O離子構成的晶體骨架的空隙間,除非晶體被破壞,這些金屬陽離子是很難自由活動的。Na或K被Ca里換,必須與Si、Al的置換同時進行,即成對置換,必然引起Si/AI比的改變。
沸石的水分子與骨架離子和可交換金屬陽離子的聯系,般都是松弛而微弱的。這些水分子比陽離子更自由地可以移動和出入孔道。在有熱力的趨使下,可自由地脫、附而不影響其骨架構造。吸附劑和干燥劑、催化劑、洗滌劑。
天然沸石是一種新興材料,被廣泛應用于工業、農業、國防等部門,并且它的用途還在不斷地開拓。沸石被用作離子交換劑、吸附分離劑、干燥劑、催化劑、水泥混合材料。在石油、化學工業中,用作石油煉制的催化裂化、氫化裂化和石油的化學異構化、重整、烷基化、歧化;氣、液凈化、分離和儲存劑;硬水軟化、海水淡化劑;特殊干燥劑(干燥空氣、氮、烴類等)。在輕工行業用于造紙、合成橡膠、塑料、樹脂、涂料充填劑和素質顏色等。在國防、空間技術、超真空技術、開發能源、電子工業等方面,用作吸附分離劑和干燥劑。在建材工業中,用作水泥水硬性活性摻和料,燒制人工輕骨料,制作輕質高強度板材和磚。在農業上用作土壤改良劑,能起保肥、保水、防止病蟲害的作用。在禽畜業中,作飼料(豬、雞)的添加劑和除臭劑等,可促進牲口成長,提高小雞成活率。在環境保護方面,用來處理廢氣、廢水,從廢水廢液中脫除或回收金屬離子,脫除廢水中放射性污染物。
在醫學上沸石用于血液、尿中氮量的測定。沸石還被開發成為保健用品,用于抗衰老,去除體內積累的重金屬。
在生產中沸石常用于砂糖的精制。
新型墻材(加氣混凝土砌塊)原料
隨著實心黏土磚逐步退出舞臺,新型墻體材料應用比例目前已達到80%墻體材料生產企業以煤矸石、粉煤灰、陶粒、爐渣、輕質工業廢渣、重質建筑垃圾、沸石等為主料,積極開發新型墻體材料,如木蘭清沸石內墻壁材。
在化學蒸餾或加熱實驗當中常用來防止暴沸,這是因為沸石的結構當中有大量的小孔,可作為氣泡的凝結核,使反應液平穩沸騰。可用敲碎至米粒大小的素燒瓷片代替。