D0I:10.13374/i.is8n1001-053x.2003.06.001 第25卷第6期 北京科技大学学报 Vol.25No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec,2003 酸处理红辉沸石-氢氧化钠-铝酸钠-水的 水热反应体系A型沸石的形成机理 中少华)方克明” 张术根)王大伟) 1)北京科技大学，北京1000832)中南大学，长沙410083 摘要以酸处理红辉沸石为原料，采用水热反应晶化合成工艺，合成出了质量较高的4A 沸石产品，在大量实验基础上，利用X射线衍射分析、扫描电镜观察等系统地研究了反应过 程.在整个反应过程中，酸处理红辉沸石和铝酸钠不断溶解，固相的SO,和AO,不断转化为 液相的SiO2和AO.这表明，A型沸石的形成是以液相各组分浓度的过饱和为动力，以液相 为传质的，因此为液相转化机理， 关键词酸处理红辉沸石：水热反应体系：A型沸石：形成机理：液相转化机理 分类号 TB321 沸石分子筛工业合成的主要原料是烧碱、氢 沸石矿，矿石白度为92，红辉沸石含量95%左右， 氧化铝、水玻璃等，虽然工艺成熟、技术条件容易 矿物杂质为石英、粒状碳酸盐矿物及粉状高岭 控制、产品质量较高，但由于原料来源有限且价 土.化学成分（质量分数）：SiO2,63.88%:Al0, 格较高，从而严重影响了沸石分子筛在洗涤剂工 14.10%:Ca0,7.4%:烧失量14.32%；K,0,Naz0, 业和环境保护部门的大规模使用.自20世纪60 Fe,O,含量均很低，红辉沸石晶体呈透明一半透 年代Hewell等成功地利用高岭土矿物合成沸石 明，为乳白色、瓷白色.单晶体呈板状、板柱状，集 分子筛以来，国内外学者对利用廉价矿物原料合 合体呈束状、放射状，单晶体长一般为5~15cm, 成沸石分子筛进行了广泛的研究"，特别是20世 最长可达30cm以上. 纪70年代以来对传统洗涤剂助剂三聚磷酸钠造 红辉沸石的预处理过程是先将矿石破碎，粉 成环境污染的认识以及环保意识的增强，进一步 磨至74m以下，然后进行酸处理.酸处理条件 加强了对A型沸石的合成、应用及形成机理的探 是：称取小于74m的红辉沸石30g放入500mL 讨，取得了很多重要成果”.但A型沸石的形成 三颈瓶中，按液固比3：1加入15%的盐酸，磁力搅 机理至今仍存在着固相转化机理、液相转化机 拌，在90℃恒温处理2h后，洗涤、过滤、干燥.酸 理例和双相转化机理的争论. 处理后，红辉沸石的晶体结构完全被破坏，呈无 鉴于晶体生长规律是其形成机理的反映，本 定型非晶态，在酸处理红辉沸石的X射线衍射图 文以酸处理红辉沸石一氢氧化钠~铝酸钠一水的水 上已看不到红辉沸石的衍射峰，但石英杂晶的结 热反应体系A型沸石晶体生长过程的电镜观察 构未被破坏，其衍射峰依然清晰可见（图1）.酸处 为基础，结合X射线衍射分析结果，对其形成机 理红辉沸石的化学成分（质量分数）片：Si02,91.67%; 理进行了探讨. Al,0,0.33%:Ca0,0.42%:烧失量7.18%. 1.2水热反应 1合成实验 在水热反应中，酸处理红辉沸石参加反应的 11原料及其预处理 有效成分是非晶质二氧化硅，石英杂晶为无效成 实验用红辉沸石取自广西资源县车田红辉 分但含量极少，因此在确定各组分用量时没有剔 除石英杂晶的含量 收稿日期20020904申少华男，39岁，工程师，博士 由于酸处理红辉沸石Si02含量已达91.67%，第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 酸处理红辉沸石一氢氧化钠一铝酸钠一水 的 水热反应体系 型沸石 的形成机理 申少 华 ” 方 克 明 ” 张 术根 ， 王 大伟 ” 北 京科技大学 ， 北 京 中南大 学 ， 长 沙 摘 要 以酸 处理 红 辉沸 石 为 原 料 ， 采用 水 热 反应 晶化合成 工 艺 ， 合成 出 了质 量较 高 的 沸石 产 品 在 大量实验基 础 上 ， 利用 射 线衍射分 析 、 扫描 电镜 观 察 等系 统地研 究 了反应 过 程 在整 个反 应 过程 中 ， 酸 处理 红 辉 沸 石 和 铝 酸钠不 断溶解 ， 固相 的 和 ， 不 断转化 为 液相 的 和 这表 明 ， 型 沸石 的形 成 是 以液相 各组 分浓 度 的过 饱和 为动 力 ， 以液相 为传 质 的 ， 因 此 为液 相 转化 机理 关键词 酸 处 理 红 辉沸 石 水 热 反 应 体系 型 沸 石 形 成机理 液相 转 化 机 理 分 类号 沸 石 分 子 筛 工 业 合 成 的主 要 原料 是烧 碱 、 氢 氧 化 铝 、 水 玻璃 等 ， 虽 然 工 艺成 熟 、 技 术条件 容 易 控 制 、 产 品质 量 较 高 ， 但 由于 原料 来源 有 限且 价 格较 高 ， 从 而严 重 影 响 了沸 石 分 子 筛在洗涤 剂 工 业 和 环 境 保 护 部 门 的大 规 模 使 用 自 世 纪 年 代 等 成 功 地 利 用 高 岭土 矿 物 合 成 沸 石 分 子 筛 以来 ， 国 内外 学者对利用 廉 价矿 物 原料合 成 沸 石 分 子 筛进 行 了广 泛 的研 究〔 ， 特 别 是 世 纪 年 代 以来对 传 统 洗涤 剂助 剂 三 聚 磷 酸钠 造 成 环 境污 染 的认 识 以及 环 保 意识 的增 强 ， 进 一 步 加 强 了对 型 沸 石 的合 成 、 应 用 及 形 成 机 理 的探 讨 ， 取 得 了很 多重 要 成 果 卜 但 型 沸 石 的形 成 机 理 至 今 仍 存 在 着 固相转 化 机 理 【幻、 液相 转 化 机 理 和 双 相 转 化 机 理 【 的争 论 鉴 于 晶体 生 长 规 律 是 其 形 成机 理 的反 映 ， 本 文 以酸 处理 红辉 沸石一氢氧 化钠一 铝 酸钠一 水 的水 热 反 应 体 系 型 沸 石 晶体 生 长 过 程 的 电镜 观 察 为基 础 ， 结 合 射 线 衍射 分 析 结 果 ， 对 其 形 成 机 理 进 行 了探 讨 合 成 实验 原 料 及 其 预 处 理 实验 用 红 辉 沸 石 取 自广 西 资 源 县 车 田 红 辉 收稿 日期 刁 刁 申少 华 男 ， 岁 ， 工 程 师 ， 博 士 沸 石 矿 ， 矿 石 白度 为 ， 红辉 沸石 含量 左 右 ， 矿 物 杂 质 为石 英 、 粒 状 碳 酸 盐 矿 物 及 粉 状 高 岭 土 化 学 成 分 质 量 分数 ， ， ， 烧 失量 瓦 ， 氏 ， 含 量 均 很 低 红 辉 沸 石 晶体 呈 透 明一半 透 明 ， 为乳 白色 、 瓷 白色 单 晶体 呈 板状 、 板 柱状 ， 集 合 体 呈 束 状 、 放射 状 单 晶体 长 一 般 为 一 巧 ， 最 长 可 达 以上 红 辉 沸 石 的预 处 理 过 程 是 先 将矿 石 破 碎 ， 粉 磨 至 脚 以下 ， 然后 进 行 酸 处 理 酸 处 理 条件 是 称 取 小 于 补 的红 辉 沸 石 放 入 三 颈 瓶 中 ， 按 液 固 比 加 入 巧 的盐 酸 ， 磁 力搅 拌 ， 在 ℃ 恒温 处 理 后 ， 洗涤 、 过 滤 、 干 燥 酸 处 理 后 ， 红 辉 沸 石 的 晶体 结 构完 全 被 破 坏 ， 呈 无 定型 非 晶态 ， 在 酸 处 理 红辉 沸 石 的 射 线衍 射 图 上 己看 不 到 红 辉沸 石 的衍 射 峰 ， 但 石 英 杂 晶 的结 构未被破坏 ， 其衍 射 峰依然清 晰可 见 图 酸处 理 红辉 沸 石 的化 学 成 分 质 量 分数 ， ， ， 烧 失 量 水 热 反 应 在 水 热 反应 中 ， 酸 处 理 红 辉沸 石 参 加 反应 的 有 效成 分 是 非 晶质 二氧 化 硅 ， 石 英 杂 晶 为无 效成 分但 含量 极 少 ， 因此 在确 定 各组 分 用 量 时没 有剔 除石 英 杂 晶 的含 量 由于 酸 处 理 红辉 沸 石 含 量 已 达 ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．06．001