沸石的性質(zhì)與作用原理

沸石（zeolite）是一種礦石，最早發(fā)現(xiàn)于1756年。瑞典的礦物學(xué)家克朗斯提（Cronstedt）發(fā)現(xiàn)有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時(shí)會產(chǎn)生沸騰現(xiàn)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。按沸石礦物特征分為架狀、片狀、纖維狀及未分類四種，按孔道體系特征分為一維、二維、三維體系。任何天然沸石都由硅氧四面體和鋁氧四面體組成。四面體只能以頂點(diǎn)相連，即共用一個(gè)氧原子，而不能“邊”或“面”相連。鋁氧四面體本身不能相連，其間至少有一個(gè)硅氧四面體。而硅氧四面體可以直接相連。硅氧四面體中的硅，可被鋁原子置換而構(gòu)成鋁氧四面體。但鋁原子是三價(jià)的，所以在鋁氧四面體中，有一個(gè)氧原子的電價(jià)沒有得到中和，而產(chǎn)生電荷不平衡，使整個(gè)鋁氧四面體帶負(fù)電。為了保持中性，必須有帶正電的離子來抵消，一般是由堿金屬和堿土金屬離子來補(bǔ)償，如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金屬離子。

離子交換性是沸石巖重要性質(zhì)之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結(jié)合得不緊，極易與其周圍水溶液里的陽離子發(fā)生交換作用，交換后的沸石晶格結(jié)構(gòu)也不被破壞。據(jù)查證，國內(nèi)斜發(fā)沸石巖對NH4+離子的總交換容量在50~220 mmol/100g之間變化，對K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g，極少數(shù)在9mg/g以下。而絲光沸石巖對NH4+離子的總交換容量一般為50~188.73 mmol/100g，K+離子的總交換容量一般為1~9mg/g，極少數(shù)在9mg/g以上。故斜發(fā)沸石巖和絲光沸石巖的NH4+離子交換容量均較高，但絲光沸石巖的K+離子交換容量大大低于斜發(fā)沸石巖，這是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)決定的。

據(jù)國內(nèi)外某些文獻(xiàn)報(bào)道，斜發(fā)沸石和絲光沸石對陽離子的選擇性交換順序?yàn)椋孩賶A金屬交換序列為Cs+1>Rb+1>NH4+>K+1>Na+1>Li+1②堿土金屬交換序列為Ba+2>Sr+2>Ca+2>Mg+2。斜發(fā)沸石能選擇交換某些重金屬，對Na的順序依次為Ba>Pb>Cd>Zn>Cu，因而可用于除去重金屬離子。斜發(fā)沸石對Cs和Sr的選擇性交換能力，使其能用于除去放射性廢料中的Cs137和Sr90。河北省獨(dú)石口斜發(fā)沸石巖對Cs137的選擇交換容量為0.15~0.25mg/g，并能分離回收純度達(dá)99.5%的Cs137。

方沸石中的Na+易于被Ag、Ti、Pb等交換。吉林省石棚公社晚侏羅統(tǒng)鹽堿湖火山碎屑巖型方沸石巖，其方沸石含量30~50%，其孔徑2.6?，小于NH4+離子的直徑（NH4+離子直徑2.86?），因而對NH4+交換容量非常低（只有10~30mmol/100g）。但對離子直徑<2.60?的Cu、Cr、Cd等有較高的陽離子交換容量。據(jù)悉，日本曾用方沸石除去Cu2+、Cd2+等。沸石的陽離子交換量改變出現(xiàn)一個(gè)最高峰值，其粒度范圍在10-20μm之間。

沸石在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

（1）?沸石粉用于復(fù)混肥添加劑

鈣鉀型斜發(fā)沸石是眾多種沸石的一種，它適宜農(nóng)作物栽培，它是含有鉀、鈣、鎂等多種金屬離子由硅氧四面體和鋁氧四面體構(gòu)成的架狀侶硅酸鹽礦物，是氨離子、鉀離于、鈣離子、鎂離子等多種金屬離子的高效離子交換劑，并首先吸咐氨離子， 對氮、磷、 鉀等具有吸附、分離雙向調(diào)節(jié)作用。它的另一個(gè)性能是吸附牲強(qiáng)或易于極化的分子，對水的親和力最強(qiáng)。由于鈣-鉀型性發(fā)沸石具有這些獨(dú)特的化學(xué)和物理性能，所以早已被人們成功的應(yīng)用于肥料生產(chǎn)和農(nóng)作物栽培。例如國投盛世研發(fā)的沸石土壤修復(fù)劑具有極強(qiáng)的吸附性、離子交換性、催化性、耐酸堿性、耐輻射性，無毒無害無殘余，對土壤污染治理、改善土壤貧瘠化、鹽漬化、解決土壤板結(jié)等題具有顯著效果。

這種沸石粉與肥料接觸過程中，肥料中的氨離子、鉀離子被交換到沸石結(jié)晶格架中的微孔和通道中，披農(nóng)作物養(yǎng)份交換后的沸石，對農(nóng)作物能起到離子化肥的作用，并在土壤中緩慢的釋放養(yǎng)份，具有保持肥效持久性，減少肥料損失，提高肥料利用率和減輕肥料對農(nóng)作物的傷害作用。

（2）沸石用于土壤改良

鈣-鉀型斜發(fā)沸石在土壤中能提高土壤離子的交換能力，提高土壤養(yǎng)份含量的利用率．降低土壤粘性，提高透水性、保水性、保肥性、改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤有效養(yǎng)分含量、調(diào)節(jié)土壤酸堿性，可有效的改良土壤，對于提高肥料廠和農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益、效果顯著。

（3）沸石用于有機(jī)肥除臭

利用這種沸石對極性分子吸附的性質(zhì)，可作為有機(jī)肥料的除臭劑。