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沸石是沸石族矿物的总称,包括含水的碱或碱土金属的铝硅酸盐矿物。沸石的化学组成十分复杂,因种类不同差异较大。沸石矿物的一般化学式为:Am(Si,Al)pO2p·nH2O,式中A主要为钠和钙,其次为钡、锶、钾和极少的镁、锰等。成分中(Mg、Ca、Sr、Ba、Na2、K2):Al2=1:1和O:(Si,Al)=2:1是恒定的。但不同的沸石,阳离子A及其含量不同,水分子多少各异,Al:Si比值从1:5到1:1变化。
目前,已发现40种天然沸石矿物,但只有方沸石、菱沸石、斜发沸石、毛沸石、浊沸石、丝光沸石、钙十字沸石等较为常见。我国已发现有斜发沸石、丝光沸石、碱菱沸石、钙十字沸石等10多种天然沸石,被大量利用的只有斜发沸石和丝光沸石。人工沸石已达数百种,几十种结构。但是目前已工业化的,具有经济意义的只有几种,其中产量 多的占人工沸石总量的99%的是4A沸石,其次是Y型和X型沸石。
沸石矿物的晶体具有架状结构。在架状骨干中存在着由[(Si,Al)O4]四面体组成的环(如由四个四面体组成的“四元环”、六个四面体组成的“六元环”,以及“五元环”、“八元环”、“十二元环”等等)。环的孔径与一般分子大小相近(如四元环0.1nm、六元环0.22nm、八元环0.42nm、十二元环0.8~0.9nm)。不同的沸石矿物晶体中,环的元数不同,联结方式不同。因而,孔道的孔径、孔道方向、孔道贯通几度空间等各异。孔径越宽,可以容纳的物质的分子越大。六元环以下孔径太小,分子进不去,可用来进行离子。
形成环状的硅氧四面体再与另外的氧桥相互联接,便构成三维格架的孔穴(称笼或空腔)。在沸石晶体结构中许多形状整齐的多面体笼就是这样形成的。如立方体笼、α笼、β笼、六角柱笼等。
上述结构特征使沸石晶体结构存在孔道和空洞,被钠、钾、钙等阳离子和水分子-沸石水所占据。
当加热时沸石水将逐渐逸出。沸石失水后,孔穴形成的内表面积很大,1g纯沸石(A型分子筛)的总表面积达1100m2,即沸石被活化。失去沸石水后,可以吸附其他物质分子进入孔道。在这种情况