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材料冶金
天然沸石的加工技术简析
来源:粉体技术网2017-10-141955

天然沸石加工的目的是提高沸石的纯度、孔体积、比表面积、吸附性能和离子交换能力、热稳定性、白度等以满足应用领域的需要。目前采用的加工技术主要有粉碎分级、选矿、焙烧、改型和化学处理等。

天然沸石矿的选矿提纯比较困难,主要原因是(一)沸石矿物结晶粒度细小,一般为0.001~0.05㎜;(二)沸石与其伴生矿物(蒙脱石、绢云母、石英、玉髓、蛋白石、长石、绿泥石等)在嵌布粒度及物理化学性质上极为接近。因此,尽管已经进行了大量的选矿研究,但真正在工业上实施选矿工艺的加工企业很少。一般是通过手选后直接进行破碎、筛分和磨矿分级后直接出售。但这种简单加工后的产品很难取代人工合成沸石分子筛用于石油化工、原子能工业等需要高纯度和特定的孔径、孔体积、可交换离子种类等的领域。因此,要提高天然沸石的应用价值和经济价值,选矿提纯和进一步的深加工是十分必要的。

在天然沸石的选矿提纯方面,国内外已进行了大量的研究,使用的方法包括浮选、重选、磁选、选择性絮凝等。

对于原矿主要由钙型丝光沸石(50~55%)、钙型斜发沸石(20~25%)、石英类(10~15%)、钙型蒙脱石(3~7%)和长石(2~4%)组成、嵌布粒度为0.005~0.03㎜的矿石,采用预先分级脱除(-9μm)矿泥→ 摇床除去石英、长石及其他脉石矿物→ 细磨(-38μm)→ 分级脱除(-9μm)矿泥→ 浮选(回收丝光沸石)的工艺流程,可得到丝光沸石含量达80%左右的精选沸石。

焙烧方法主要用来提高沸石的离子交换容量和吸附能力。工艺过程是首先对沸石原矿(以丝光沸石为主的矿石)进行干燥、选矿和粉碎,然后给入焙烧炉中进行焙烧,焙烧温度不超过500℃,之后用水急骤冷却,最后进行干燥。

天然沸石脱水后能大量吸附气体,因而可用作气体载体。但由于沸石内部结构的特点,不是所有的天然沸石都能作为载气体。改型技术就是通过化学处理使不能载气或载气性能较差的沸石变成氢型、铵型和混合型,以提高其载气量。改型方法是先将沸石原料进行焙烧,冷却后加入盐酸(氢型)、氯化铵(铵型)或盐酸与氯化铵的混合溶液进行煮沸或加热浸泡,然后进行洗涤,洗至中性后再进行过滤和干燥。

精选后的天然沸石本来具有较大的吸附能力和离子交换容量,经过适当化学处理后,其性能可显著提高。例如,将沸石粉碎至5~80目,用酸(盐酸和硫酸)处理10~20小时,再中和及用水煮沸,然后进行干燥和焙烧,最后再粉碎到30~50目。经这样处理过的沸石对气相和液相物质的吸附能力可以达到甚至超过活性炭。另外,将天然沸石用稀无机酸(HCl、H2SO4、HNO3、HClO4等)处理,使H+交换率提高到20%以上,成型后在90~110℃温度下干燥,最后用350~600℃温度加热活化成H型沸石,具有很高的吸附能力和离子交换容量。

将天然沸石用过量的钠盐溶液(NaCl、Na2SO4、NaNO3等)处理,使钠离子交换率达到75%以上,成型后干燥加工制成Na型沸石,能大大提高对气体的吸附能力。

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