东北大学毕业设计（论文） 第2章 天然沸石性质分析
所以确定该沸石原矿中主要物质为片沸石-Ca。
原矿样品衍射峰线
片沸石-Ca标准特征峰线
斜发沸石标准特征峰线
图2..3 片沸石-Ca、斜发沸石标准卡片与原矿样品衍射峰线对比图
此外通过分析该矿石原料中还含有其他杂质，结果如表2.3所示。
表2.3 沸石物相分析结果
编号 1 2 3 4
名称
Heulandite-Ca Sanidine Riebeckite Quartz
片沸石-Ca 透长石 钠闪石 石英
化学式
Ca4.48Al8.96Si27.04O72（H2O）24.5
K(AlSi3O8)
Na2Fe3Fe2[Si8O22]（OH）2
SiO2
2.2.3 密度测定
采用比重瓶法对原矿进行密度测定，具体步骤如下：
（1）称取烘干样品15.00g，用漏斗将样品倒入洗净的比重瓶内，将浮在漏斗上的样品扫进瓶内；
（2）比重瓶中注满蒸馏水，摇动比重瓶使样品分散，然后进行真空抽气，抽气时间为1小时；
（3）将抽气后的比重瓶放在恒温箱内，是瓶内浸液温度稳定；
- 12 -
东北大学毕业设计（论文） 第2章 天然沸石性质分析
（4）将比重瓶的瓶塞塞好，使多余的水从瓶塞的毛细管中溢出，擦干瓶外水分后称重，得到G2；
（5）将样品倒出，洗净比重瓶，注入蒸馏水，塞好瓶塞，擦干瓶外水分称重，得到G1。
然后按照下式计算出样品密度：
ρ=ρoG/（G+G1-G2） （2.1）
式中ρ—样品密度；ρo—蒸馏水密度；G—样品质量（g）；G1—瓶、水总共质量（g）；G2—瓶、水、样总共质量（g）。
按照上述步骤，对原矿进行密度测定，重复三次操作，并用公式2.1计算，结果如表2.4所示。
表 2.4 沸石密度测定结果
次数 密度（g/cm3）
1 1.991
2 1.983
3 1.981
平均值 1.985
2.2.4 沸石TG/DSC热分析
取沸石原矿研磨到-0.050mm下进行热重（TG）/差示扫描量热法（DSC）
分析其热稳定性能，结果如图2.4所示：
TG /%峰值: 944.9 ℃, 0.6405 uV/mg100质量变化: -1.38 %拐点: 645.6 ℃98DSC /(uV/mg) 放热??[1]0.60.50.40.396质量变化: -9.28 ?0.2质量变化: -1.39 ?0.10.0峰值: 93.2 ℃, -0.20623 uV/mg88[1]90残留质量: 86.70 % (999.2 ℃)-0.1-0.2100200300400500温度 /℃600700800900
图 2.4 赤峰沸石原矿热分析图
通过上图可知，在38℃到200℃之间存在较大的吸热效应,吸热谷在
- 13 -
东北大学毕业设计（论文） 第2章 天然沸石性质分析
93.2℃,热重曲线上表现为快速失重,脱水质量分数为1.38%,该吸热谷是沸石表面吸附水和孔道沸石水脱出产生的吸热效应所致。此后沸石在加热过程中开始放热，并且重量出现平滑的减少。在200℃左右沸石放热变得稍微平缓，可能是沸石中结晶水脱出的热效应,同时应该伴随着晶体结构的破坏。沸石在450℃左右即失重达到10.66%，而且DSC曲线进入一个平稳的阶段，基本上既不放热也不吸热，应是晶型转变的热效应所致。这个阶段持续到750℃左右，沸石又开始放热。一直到944.9℃放热达到峰值，此后开始吸热。样品在1000℃残留质量为86.70%，总失重13.30%。
2.2.5 沸石耐酸性和耐碱性的测定
取-0.050mm的沸石粉末各10g放在两个125mL锥形瓶中。配制10mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液各50mL，分别放入锥形瓶中，放入恒温振荡器中在25℃下振荡1小时，然后将样品洗涤过滤，在100℃烘干后进行X射线衍射物相分析，酸和碱处理后的样品和未处理的样品XRD图谱对比如下所示：
碱处理 酸处理 原矿 20406080
图2.5 酸碱处理后沸石与未处理矿样XRD图
对得到的XRD图谱进行分析，沸石原矿经过10mol/L的的NaOH溶液浸泡1小时以后，片沸石的结构受到一定的破坏，主要物质变为独居石，但是没有其他种类的沸石生成。沸石原矿经过10mol/L的的HCl溶液浸泡1小时以后，样品衍射特征峰没有变化，物质结构无变化，具有较强的耐酸性。
- 14 -
东北大学毕业设计（论文） 第2章 天然沸石性质分析
2.2.6 阳离子交换容量（CEC）的测定
天然沸石粉由含沸石矿物的岩石经研磨加工而成,通常含有一定量的杂质。沸石矿物的种类繁多,不同沸石矿物的吸附性能各异,因此在使用某种沸石粉之前,需要对其吸附性能进行表征。天然沸石的阳离子交换量及沸石所吸附的碱金属与碱土金属离子的组成情况是衡量天然沸石粉质量的重要指标[41-42]。
（1）CEC的测定原理
阳离子交换容量是评价沸石的一个重要指标，反映沸石选择性交换阳离子的能力，同时也反映沸石的矿物纯度。目前尚无统一的方法或标准来测定沸石的阳离子交换容量，利用甲醛法测定按交换量则具有快速、简便、仪器设备少的优点，并且此法测定的重复性也较好。
由于K+和NH4+是容易被沸石所交换的离子，因此先将样品与氯化铵溶液共热，使NH4+被沸石充分吸附，将沸石原来吸附的阳离子交换出来。反应方程式如式（2.2）。
R-NH4+K → R-K+ NH4 （2.2）
+
+
+
+
然后用氯化钾溶液洗涤样品，NH4+被交换出来， 但是NH4+不能用碱直接滴定，加入甲醛使NH4+与甲醛反应生成六亚甲基四胺酸和定量的强酸，如式（2.3）。
4NH4++6HCHO = (CH2)6 NH4++3H++6H2O （2.3） 生成的酸与NH4+呈线性数量关系，而且用酚酞作指示剂，可用氢氧化钠标准液直接滴定。反应方程式如式（2.4）。
4OH- +(CH2)6NH4++3H+ = (CH2)6N4+4H2O （2.4） 综合式（2.2）、（2.3）、（2.4），可以得出，交换阳离子量与消耗的氢氧化钠标准液物质的量相等，由此可以计算出沸石的阳离子交换容量。
（2）CEC的测定步骤
利用甲醛法测定沸石类矿物的阳离子交换吸附量。具体步骤如下： （1）称取粒径小于0．050mm干燥试样1．0000g。将试料置于100mL烧杯中，加入25mL氯化铵交换液摇匀，放置2小时。
（2）待溶液絮凝澄清后，用快速定性滤纸过滤，用95%乙醇溶液洗涤烧杯及试料直至用硝酸银指示剂检查滤液无氯离子为止。
- 15 -
东北大学毕业设计（论文） 第2章 天然沸石性质分析
（3）将滤纸连同试料一起放入100mL锥形瓶中，加入15mL氯化钾溶液和15mL甲醛溶液，约加入相当总阳离子交换容量80％的氢氧化钠标准溶液，再加4滴酚酞指示剂，盖上橡皮塞，手摇激烈振荡1分钟。
（4）用氢氧化钠标准溶液滴定溶液，一边滴定一边搅拌溶液，当溶液出现红色时停止滴定。再摇动3-5分钟，如红色消失则需再滴定，直至3-5分钟内红色稳定为止。
（5）按下式计算总阳离子交换容量：
CEC=C×V/m （2.5） 式中：CEC--总阳离子交换容量的数值，单位为毫摩尔每克或毫摩尔每百克； C--氢氧化钠标准溶液浓度的数值，单位为摩尔每升(mol／L)； V--滴定时所消耗氢氧化钠标准溶液体积的数值，单位为毫升(mL)： m——试料质量的数值，单位为克。 （3）CEC的测定结果
按照上述步骤，对原矿进行了CEC的测定，重复三次操作，并用公式（2.5）计算阳离子交换容量，结果如表2.5所示。
表2.5 赤峰沸石原矿CEC测定结果
测定次数
消耗标准NaOH溶液的体积（ml）
CEC（mmol/100g）
1 4.8 48
2 4.7 47
3 5.1 51
平均值 4.87 48.7
- 16 -