吸附与离子交换除氟

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《工程流体力学》考试大纲
命题范围和要求
[第一部分 ] 绪论
1. 1. 了解流体的主要物理性质; 理解流体的粘性; 掌握容重,密度及其区别和联系; 掌握牛顿内摩察定律.
2. 2. 理解质量力和表面力, 掌握其表示方法. 理解连续介质, 实际流体,理想流体,不可压宿流体, 可压宿流体. 知道流体的研究方法.
[第二部分]流体静力学
1. 1. 理解和掌握静压强及其特性
2. 2. 会欧拉平衡微分方程的推导,理解欧拉平衡微分方程的物理意义.
3. 3. 掌握流体静压强基本方程, 掌握点压强的计算方法, 掌握压强的计算基准和表示方法, 掌握静压强分布图, 了解压强的量测方法.
4. 4. 掌握计算作用于平面上的液体总压力.
5. 5. 掌握计算作用于曲面上的液体总压力.

[第三部分] 流体运动学
1.了解描述液体运动的两种方法, 掌握迹线,流线的概念及方程, 了解质点加速度表达式.
2掌握描述流体运动的一些基本概念.
3. 3. 掌握流体运动的连续性微分方程, 总流的连续性方程.
4. 4. 理解无旋流和有旋流.
5. 5. 掌握流函数和速度势函数, 了解几种简单的平面势流, 知道势流叠加法解平面势流,的原理.

[第四部分] 理想流体动力学
1. 1. 掌握理想流体元流的伯努利方程的推导,
2. 2. 掌握理想流体元流的伯努利方程的物理意义和几何意义以及应用.

[第五部分] 实际流体动力学基础
1. 1. 了解流体质点的应力状态
2. 2. 掌握实际流体元流伯努利方程的推导, 掌握实际流体元流伯努利方程的物理意义和几何意义.
3. 3. 掌握实际流体总流伯努利方程的推导以及应用.
4. 4. 掌握实际流体的动量方程的推导以及应用.

[ 第六部分] 量纲分析和相似原理
1. 1. 理解量纲和单位的概念, 掌握瑞利法和π定理.
2. 2. 了解流动相似的概念.

[ 第七部分] 流动阻力和能量损失
1. 1. 了解雷诺实验过程, 了解层流与紊流流态的特点, 掌握流态判别标准.
2. 2. 理解流动阻力的两种形式, 掌握沿程损失和局部损失的计算方法.
3. 3. 了解圆管中层流运动的流速分布, 掌握层流沿程损失的计算公式。
4. 4. 理解尼古拉兹实验。

[ 第八部分] 有压管流
1． 1． 掌握简单短管中的恒定有压流计算
2． 2． 掌握简单长管中的恒定有压流计算
3． 3． 掌握复杂长管中的恒定有压流计算
4.了解沿程均匀泄流管道中的恒定有压流
[第九部分] 明渠流
1． 1． 了解明渠的分类，理解棱柱型渠道与非棱柱型渠道，顺坡、平坡、和逆坡渠道的概念。
2． 2． 掌握恒定明渠均匀流的特征和产生条件。
3．掌握谢才公式，曼宁公式
4．掌握水力最优断面和允许流速。
5.掌握渠道输水能力水力计算， 掌握确定渠道底坡和渠道断面尺寸的方法。
6.了解无压圆管均匀流的水力计算方法。
7.了解恒定明渠非均匀流特征及产生条件。
8.理解断面单位能量、临界水深， 掌握急流、缓流、临界流的判别标准。了解水跃的基本方程。
9.了解明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程以及水面曲线定性分析。

[第十部分] 孔口、管嘴、闸孔出流及堰流
1． 1． 掌握恒定薄壁孔口出流流量的计算方法。
2． 2． 了解圆柱形外管嘴出流流量的计算方法。
3． 3． 了解堰流的定义及其分类
4． 4． 了解矩形薄壁堰、三角形薄壁堰的流量公式。
5． 5． 了解实用堰、宽顶堰的水流特征。

[ 第十一部分]渗流
1． 1． 掌握渗流模型的实质， 掌握达西定律.
2． 2． 了解均匀渗流特性, 掌握非均匀渐变渗流断面流速分布,
3． 3． 了解渐变渗流基本微分方程和浸润曲线的概念.
4． 4． 掌握井的渗流计算.

二．参考书
工程流体力学(水力学), (上,下册). 闻德荪主编. 高等教育出版社.

三．考试形式： 闭卷
试卷构成：(1)基本概念部分： 约30分.
(2)计算题部分： 约120分.

《流体力学》考试大纲
一、考试的总体要求
考查学生对流体力学的基本概念、基本原理、基本方法，以及对流体运动的一般规律、分析方法的掌握程度，考查学生的分析问题和解决问题的能力。

二、考试的内容
1、流体力学基本概念：密度，黏度，流速，压强，表面张力，定常流，非定常流，可压缩流体，不可压缩流体，理想流体、牛顿流体，非牛顿流体。连续介质，质点加速度，质点的随体导数，流体微团运动分析。
2、基本方程：连续性方程，运动方程，能量方程，欧拉方程，伯努利方程。
3、势流运动：势流运动控制方程及求解方法。无粘性不可压缩流体无旋运动的速度势函数及其应用，平面定常无旋运动的复势及其应用。
4、流函数求解不可压缩流体的二维定常无旋流动问题。轴对称流动问题，复变函数法，保角映象法。
5、粘性流体运动：基本方程；求解途径；简单流动的解析解。
6、湍流运动：湍流特征；分类；发生过程；湍流结构；湍流方程及求解。

三、考试重点
1、质点加速度公式和质点导数，柯西－亥姆霍兹（Cauchy-Helmholtz）流体微团速度分解定理。
2、用势流叠加原理解偶极流问题。
3、用势流叠加原理解圆柱体绕流问题。
4、两平行平板间的粘性流动
5、无限长直圆管中的粘性流动
6、两同心旋转圆柱间的定常流动

四、参考书
《流体力学》，张兆顺和崔桂香编著，清华大学出版社，1999年。
《工程流体力学》，归柯庭，汪军，王秋颖编，科学出版社，2003年。

《水质工程学》考试大纲

一、 命题范围与基本要求
（1）水质与水处理概论：了解天然水体中的杂质和水质特点，熟悉水中常见的污染物及其来源，了解水体富营养化的形成原因及其危害，理解水体的自净和氧垂曲线；了解水体的生物化学物质对人体健康的影响；掌握用水水质标准和污水的排放标准。
（2）水的处理方法概论：熟悉水的物化、生化处理方法；了解反应器类型及其物料在反应器内的流动模型，了解物料在反应器内的停留时间及其分布，理解反应器的概念在水处理中的应用，了解水处理工艺流程的概念及其几种典型的给水、污水处理的工艺流程。
（3）凝聚和絮凝：掌握混凝基本的概念和混凝机理，掌握影响混凝效果的主要因素，熟悉混凝剂的种类和选用原则，理解混凝的动力学模型和混凝剂的混合过程，熟悉混凝的设备和混凝实验。
（4）沉淀：掌握杂质颗粒在水中两种沉降的基本原理；理解理想沉淀池与浅池理论的概念；掌握非凝聚性颗粒与凝聚性颗粒的沉淀过程与沉淀效率的计算；掌握平流沉淀池、斜管（斜板）沉淀池的结构与设计；了解澄清池的工作原理和两种主要形式；了解气浮作为一种特殊的沉淀方式与沉淀的区别和联系。
（5）过滤：了解慢滤池和快滤池的不同之处，掌握滤料的选择和级配；理解快滤池的运行特点和滤层的优化，理解过滤的机理和过滤理论；了解滤池的反冲洗和反冲洗最优化理论；掌握滤池的配水系统及与之相关的承托层；熟悉几种常见的滤池类型及特点。
（6）吸附：了解吸附的机理和等温吸附模型，掌握活性炭的制备和活性炭吸附性能的影响因素；熟悉活性炭功能及其吸附动力学过程，了解几种活性炭的应用及其在应用过程中需要考虑的因素；掌握活性炭的再生方法；了解除活性炭外的其他几种常用吸附剂。
（7）氧化还原和消毒：了解氧化剂化学及其消毒作用及灭活模型，掌握氯消毒过程和消毒副产物的控制，理解臭氧消毒的作用机理和臭氧处理工艺；熟悉除氯外的其他氧化和消毒方法，了解高级氧化工艺。
（8）离子交换：了解离子交换的概念，熟悉几种离子交换剂，掌握离子交换树脂的性质；
掌握离子交换反应及固定床离子交换原理，理解离子交换速度及其影响因素；掌握两种离子交换器；掌握离子交换在水的软化和除盐方面的应用。
（9）膜滤技术：了解膜滤的概念和膜滤技术的分类和膜滤过程的性能参数，了解膜污染及其预防方法；掌握微滤和超滤概念、原理和超滤的浓差极化；理解反渗透及其分离机理，熟悉反渗透的装置；掌握电渗析概念、基本原理和电渗析的基本过程，了解离子交换膜的作用机理，掌握极化现象和电渗析器工艺设计计算。
（10）水的冷却：了解水的两种冷却系统和冷却构筑物，掌握水的冷却原理，理解冷却热力学计算，了解冷却水水质和循环冷却水处理。
（11）腐蚀与结垢：了解腐蚀的几种基本类型，了解腐蚀过程和腐蚀的控制方法；掌握影响腐蚀的因素和两种重要的腐蚀形式；掌握LSI饱和指数，RSI稳定指数，了解其他的几种稳定指数，了解水质的几种稳定处理。
（12）水的其他处理方法：掌握中和的基本原理和三种中和的方法、掌握化学沉淀基本原理和三种化学沉淀方法；了解电解的基本原理和几种电解的处理工艺；了解吹脱、汽提基本原理和影响吹脱的主要影响因素；了解萃取的基本原理和萃取的工艺过程。
（13）活性污泥法：熟悉活性污泥法基本概念和基本流程，了解活性污泥的组成和形态，掌握活性污泥的增殖规律；熟悉活性污泥几个性能指标，掌握活性污泥法的设计和运行参数；理解活性污泥反应的动力学和莫诺公式的推广应用。能够熟练掌握活性污泥九种模式及其特点；掌握活性污泥法的曝气氧转移规律和曝气系统及其装置；掌握活性污泥法的脱氮除磷工艺，理解活性污泥法污泥法处理系统的过程控制与运行管理和活性污泥法的几种新工艺。
（14）生物膜法：熟悉生物膜法的基本概念和特征。理解生物膜法的净化机理，掌握生物膜的增长过程，掌握生物膜理论的重要参数；掌握生物膜反应器的重要形式：生物滤池、生物转盘、生物流化床处理工艺的特点，掌握生物膜法运行管理的注意事项。
（15）厌氧生物处理：了解厌氧生物处理发展的过程和趋势；掌握厌氧生物处理的三个阶段的基本原理；了解厌氧微生物的生态学，了解影响两种细菌的主要生态因子；掌握UASB工艺的工作原理和反应器的结构设计原理；了解两相厌氧生物处理原理技术。
（16）自然生物处理系统：掌握稳定塘净化机理和净化过程中的影响因素；熟悉稳定塘处理的技术特点；掌握好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘的特点和应用；掌握污水的土地处理系统工艺和净化作用机理，掌握人工湿地几种类型及其特点。
（17）污泥处理、处置与利用：了解污泥处理的一般原则、污泥处理处置的基本方法和基本流程，掌握污泥的成分和性质，污泥的浓缩、脱水、干化，污泥的综合利用与最终处置。重点污泥厌氧消化的机理、主要工艺以及工艺设计方法。
（18）水处理工艺系统：了解给水处理工艺系统的选择原则和地面水的常规处理工艺系统，了解水的除藻、除臭和除味，了解给水厂废水的回用和给水厂污泥的最终处理处置。
（19）特种水源水处理工艺系统：掌握高浊度水处理工艺系统，掌握地下水除铁除锰的原理，了解水的除氟和除砷技术，了解软化、除盐及锅炉水处理工艺系统。
（20）城市污水处理系统：了解城市污水处理工艺系统选择的基本思想与知道原则，掌握污水处理的工艺系统，把握污水深度处理工艺和再生水的利用。
（21）工业废水处理的工艺系统：了解工业废水的分类和几种废水的常用处理系统。
二、 主要参考教材
考试主要参考书目：
《水质工程学》，李圭白，张杰主编，中国建筑工业出版社，2005；
《给水工程》（水处理部分），严煦世、范谨初主编，中国建筑工业出版社；
《排水工程》（下册），张自杰主编，中国建筑工业出版社，2000；
《水污染控制工程》，高建耀，顾国维主编，高等教育出版社，2000。
三、考试形式及试卷构成
1、考试形式：闭卷
2、试卷构成
卷面总分150分，其中：
a.基本概念部分：约60分；
b.分析计算部分：约90分；

⑵ 阳离子交换器的主要用途:

1.生产纯净水
2.海水淡化，苦咸水淡化
3.除氟化物、废水处理
4.动力设备给水除盐
电渗析工版程典权型工艺流程
1.苦咸水淡化、地下水除氟
原水→101过滤器→精密过滤器→电渗析装置→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→成品水
2.饮用纯净水、太空水生产
原水→机械过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→臭氧灭菌装置→成品水
3.制药行业针剂制备、大输液制备用水
原水→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→多效蒸馏水机→成品水
4.化肥、机械行业用水
原水→机械过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→脱气塔→阴离子交换器→成品水
纯净水的消毒，现在推荐使用“臭氧”，臭氧消毒后，没有残留物

⑶ 请问杜笙离子交换树脂跟普通的国产树脂有何不同

杜笙离子交换树脂是原装进口的，制作工艺和水平达到国际行业标准的，具有交换容量大，再生液量少，反洗水量小等特点。并且杜笙离子交换树脂在水体深度处理上具有明显的优势，比较符合国家目前限排标准。

⑷ 求除氟工艺及详细说明

你好!我建议去和化学工厂及水利局咨询一下就好啦．含氟废水，目前国内大多数生产厂尚无完善的处理设施，所排放的废水中氟含量超过国家排放标准，严重污染环境。按照国家污水综合排放标
准，氟离子浓度应小于10mg/L；对于饮用水，氟离子浓度要求在1mg/L以下。
目前国内外常用的含氟废水处理方法大致分为两类，即沉淀法和吸附法。
化学沉淀法是通过投加钙盐等化学药品，形成氟化物沉淀或氟化物被吸附于所形成的沉淀物中而共同沉淀。该方法简单、处理方便，费用低，
但石灰溶解度低，只能以乳状液投加，且产生的CaF<SUB>2</SUB>沉淀包裹在Ca(OH)<SUB>2</SUB>颗粒的表面，使之不能被充分利用，因而用量
大。处理后的废水中氟含量一般只能下降到15mg/L，很难达到国标一级标准。而且存在泥渣沉降缓慢，脱水困难，处理大流量排放物周期长，
不适应连续处理连续排放等缺点。<BR> 吸附法是指含氟废水流经接触床，通过与床中固体介质
进行离子交换或化学反应，去除氟化物。这种方法只适用于低浓度的含氟废水或经其他方法处理后氟化物浓度降至10~20mg/L的废水。而且接触
床的再生及高浓度再生液的处理是整个运行过程中不可缺少的一部分，接触床频繁的再生使运行成本较高。<BR> &n
bsp; 此外，还有冷冻法、离子交换树脂除氟法、超滤除氟法、电渗析等，但因为处理成本高，除氟效率低，至今多停留在实验阶
段，很少推广应用于工业含氟废水治理。<BR> 絮凝一气浮处理含氟废水新工艺是在传统工艺的
基础上，采用絮凝一气浮一吸附相结合的工艺处理含氟废水。<BR> 1．基本原理<BR>
利用铝离子的三种机理来去除氟离子，即：<BR>
(1)吸附。铝盐絮凝除氟过程中生成的具有很大表面积的无定性Al(OH)<SUB>3 </SUB>(am)原体对氟离子产生氢键吸附，氟离子半径小，电负性强，
这一吸附方式很容易发生。<BR> (2)离子交换。氟离子与氢氧根的半径及电荷都相近，铝盐絮凝除
氟过程中，投加到水中的A1<SUB>13 </SUB>O<SUB>4 </SUB>(0H) <SUB>14</SUB><SUP>7+</SUP> 等聚阳离子及水解后形成的无定性Al(0H)<SUB>3</SUB>
(am)沉淀，其中的OH<SUP>-</SUP>与F<SUP>-</SUP>发生交换，这一交换过程是在等电荷条件下进行的。<BR>
(3)络合沉淀。F<SUP>-</SUP>能与Al<SUP>3+</SUP>等形成从AlF<SUP>2+</SUP>、AlF<SUP>2+</SUP>、AlF<SUB>3</SUB>到AlF<SUB>6</SUB><SUP>
3-</SUP> 6种络合物，络合沉降而去除F<SUP>-</SUP>。<BR> 络合离子方程式如下：<BR>
F<SUP>-</SUP>+ Al<SUP>3+</SUP> →AlF<SUP>2+</SUP>↓+ AlF<SUB>2</SUB><SUP>+</SUP>↓+ AlF<SUB>3</SUB>↓+
AlF<SUB>4</SUB><SUP>-</SUP>↓+ AlF<SUB>5</SUB><SUP>2-</SUP>↓+ AlF<SUB>6</SUB><SUP>3-</SUP>↓<BR>
; 絮凝产生的絮状物通过气浮装置达到有效的固液分离，出水经过砂滤再通过活性炭吸附后排放。<BR>
; 2．应用实例<BR> 某半导体厂含氟废水平均进口浓度为165.54m/L，pH＝2.39，排放水
量为50m<SUP>3</SUP>/d。《污水综合排放标准》( GB8978 -1996)一级标准为：F-≤10mg/，pH＝6~9。处理工艺流程见图1。<BR><IMG alt=""
src="/sbgl/design/UploadFiles_1688/200612/20061205214244475.gif">
<P> 生产废水首先流入调节沉淀池，然后由泵提入絮凝反应池，同时通过自动加药机投加药剂NaOH，
2‰聚铝及0.005‰的PAM助凝剂，进行絮凝反应。加药过程中，观察pH值显示仪的读数，根据声值调节NaOH的投加量，控制pH在7左右。絮凝反应时间约为
15min。出水自流入气浮分离池，由溶气释放器中释放出来的溶气水将絮凝后的沉淀托出水面，在液面上形成沉淀物浮渣，浮渣经刮渣机刮出后进入干化
箱，静沉后的清洁液再流入调节沉淀池，沉渣干化后可外运填埋或焚烧处理。气浮分离池下部的清液自流入清水池中，部分清水由溶气泵提入溶气罐，
作为气浮用的溶气水，其余的清水由泵提入砂滤塔，经过砂滤的水再进入活性炭吸附罐进行深度处理，最后直接排放。<BR>
在调试期间发现pH值对各阶段的处理效果有一定影响（表1），由表1可见，当声值控制在7.0左右时处理效果最佳。<BR>
<IMG alt="" src="/sbgl/design/UploadFiles_1688/200612/20061205214244371.gif"><BR> <BR>
3．运行效果<BR> 这套处理设施竣工投用以来，经环境监测权威机构多次对设施进出口F-浓度进行采样
监测。监测结果表明，该含氟废水处理设备出口排放物中的州值均在6.5~7之间，F-的浓度均小于5mg/L，排放指标均达到了国家污水综合排放一级标准，
除F-效率达98.9%。<BR> 同时经济评估表明，这套设施充分利用了工厂原有的调节沉淀池、部分管路等
设施，总投资不高，除去设备折旧费及人工费，总运行费用每吨仅为0.50元。<BR> 4．结论<BR>
(1)絮凝一气浮处理含氟废水工艺继承了传统工艺的优点，充分利用铝盐絮凝的吸附、离子交换、络合沉淀等
作用机理，缓解后续处理的负荷，且采用聚铝作为絮凝剂比采用铝盐用量减少一半，处理费用进一步降低。<BR>
; (2)将气浮技术运用于含氟废水处理中，解决了以往固液分离的难题，使设备能稳定运行。<BR>
(3)出水末端采用活性炭吸附，给出水稳定达标排放提供保障。<BR> (4)在工艺中，用NaOH取代传统的Ca
(OH)<SUB>2</SUB>，使泥渣量减少，解决了传统工艺泥渣多，易结垢，处理效果不佳，管路易堵塞等难题。<BR> <STRONG>
; 参考文献<BR></STRONG> 1 凌波．铝盐混凝沉淀除氟水．水处理技术．1990，16(2):418~421
<BR> 2 刘裴文、萧举强、王萍等．含氟废水处理过程的吸附交换机理—离子交换与吸附．1991.7(50)
:375~382<BR> 3 胡万里．混凝、混凝剂、混凝设备．化学工业出版社，环境科学工程出版中心<BR>
4 卢建杭、刘维屏、王红斌铝盐混凝法除氟离子的一般规律．化工环保．2000
</P> <center></center></td></tr>

好像有点乱，看下面的地址吧！
参考资料：http://www.jdzj.com/sbgl/design/200612/20061205214217_1913.html
http://www.sclw.com/ctidea.asp#t4
我国许多地区，地下水含氟量都超过国家规定的生活饮用水卫生标准（1.5mg/L）。有些地区甚至高达20mg/L。长期饮用高氟水，轻者使牙齿产生斑釉，关节疼痛，重者会影响骨骼发育，致使丧失劳动力。为此本公司开发出活性氧化铝吸附过滤用于地下水除氟（也适用于工业废水除氟）的专用设备。。

原理与工艺流程
含氟水经过比表面积较大的活性氧化铝吸附过滤层。在PH值5～6的条件下，水中氟离子被吸附生成难溶解的氟化物而被除去，其反应式如下：R2SO4＋2F－＝R2F2＋SO42－
吸附剂失效后，用硫酸铝溶液进行再生，以恢复其吸附能力。当原水PH值大于7时，一般用二氧化碳气体进行调节。

参考资料 ：

http://www.sclw.com/ctidea.asp#t4

⑸ 　沸石（Zeolite）

一、概述

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：A_m（Si,Al）_pO_2p·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。人工合成沸石已达数百种，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，其中产量最多的占人工合成沸石总量的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，可用来进行离子交换。

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。在这种情况下，直径比孔道小的分子能进入孔道，而直径比孔道大的分子则被拒之外，从而对分子起筛选作用。因此，被活化的沸石可作为离子筛或分子筛。沸石的选择性吸附、筛分性能，决定于沸石的孔径和被吸附分子的大小、结构、极性和化学键等。

在沸石晶体结构的孔穴中除沸石水外，还存在为了平衡晶格中负电荷而进入的金属阳离子（一般为K⁺、Na⁺），这些阳离子极易与水溶液中的阳离子（如Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺等）发生交换作用。这种可逆的阳离子交换，不破坏晶体结构，但会改变晶体内的电场，从而可使沸石的吸附和催化性能发生很大变化。沸石的离子交换性能主要与沸石晶体结构中硅铝比的高低、孔穴的大小、阳离子的性质及所在的位置有关。部分沸石的物理性质见表3-3-1。

二、沸石的主要用途

沸石的独特内部结构和晶体化学性质，使其具有吸附分离、离子交换、催化裂化、耐酸耐热、耐辐射和密度小等特点，广泛地应用于建材工业、农业、轻工业、环保及国防等领域。

建材工业用作烧制人造轻骨料、水泥掺合料、轻质高强板材及轻质砖和轻质陶瓷制品、无机发泡剂，配制多孔混凝土，作固结材料，建筑石料。

农牧业制作农药载体、土壤改造剂、多元颗粒肥料；家畜（禽）饲料添加剂；水产养殖业中水质改良剂等。

工业助剂与添加剂制作肥皂助剂、牙膏磨擦剂，烧制低温青瓷的助熔剂，纸张充填剂，橡胶塑料，树脂，涂料的充填剂和用作洗涤剂的原料等。

离子交换除氟改良土壤，废水处理，除去或回收重金属离子，放射性废物的处理，海水提钾，海水淡化，硬水的软化，食品的防腐保鲜。

吸附分离干燥剂、吸附分离剂、分子筛（对气体、液体进行分离、净化和提纯）（包括对天然气、煤气、化工气体等）。

催化裂化石油的催化、裂化剂，用于分馏精制石油产品。

表3-3-1部分沸石的物理性质

三、沸石矿床的工业要求及资源分布

对于沸石矿石，主要以

、K⁺离子交换能力，确定沸石矿物在矿石中的含量。

边界品位：K⁺交换量≥10mg/g土，或

交换量≥100mL/100g土（相当沸石总量的40%土）；

最低工业品位：K⁺交换量≥13mg/g土，或

交换量≥130mL/100g土（相当于沸石总量的55%土）；

K⁺交换量＜13mg/g，但

交换量＞130mL/100g的矿石，另外圈出，单独计算储量，并应确定沸石矿物的种属；

K⁺交换量为10～13mg/g,NH⁴⁺交换量为100～130mL/100g土的矿石列为表外矿；

矿床最低可采厚度为2m，夹石剔除厚度大于或等于1m。

按用途评价沸石矿床的工业指标见表3-3-2。

表3-3-2我国沸石矿床评价的工业指标

目前世界上已有40多个国家发现了近3000个沸石矿床或矿点，绝大多数沸石矿床产于新生代，以第三纪分布最为集中。与火山岩共生，玻璃质火山岩为沸石的成矿母岩。

日本、原苏联和美国是沸石资源大国。此外，朝鲜、肯尼亚、阿根廷、新西兰、冰岛、意大利、匈牙利、保加利亚、英国和原西德等国家均发现了较大规模的沸石矿床。

表3-3-3我国部分地区沸石岩化学成分表

①用斯科菲尔德法测定。

我国沸石资源丰富，主要分布于中生代火山活动区，赋存于侏罗系、白垩系中。我国部分沸石矿的化学成分和吸附性能见表3-3-3和表3-3-4。

表3-3-4我国部分产地沸石岩的吸附性能

四、沸石矿石的提纯及深加工

由于天然沸石受到纯度及某些自然弱点的影响，还不能满足各领域应用上的要求。为了进一步提高其吸附、交换和催化性能，需要对沸石矿进行选矿提纯和深加工处理。

1.选矿提纯

沸石的选矿存在一定的困难，主要原因有两个：一是沸石矿物结晶粒度非常细小，一般为1～50μm；二是与沸石共生的矿物，如蒙脱石、绢云母、石英、玉髓、蛋白石、长石、绿泥石等与沸石在选矿性质方面差异较小，不易分选。常用的选矿方法有：①重选，如摇床及离心力场强化的重选设备；②浮选，能处理细粒度物料，利用浮选药剂调节矿物的可选性，是目前最为有效的一种选矿方法；③选择性絮凝分选法。

我国主要进行过沸石的浮选、絮凝、重选、磁选等方面的试验研究，已取得了一定进展，但仍处于探索性研究阶段，有待于进一步的研究，寻求更有效、更经济的方法及工艺。

世界上销售的沸石一般只是经过破碎、筛分后符合粒度要求的产品。

日本板谷沸石加工厂采用干法精选工艺（见图3-3-1），选除矿石中的蛋白石、石英、长石、有机物等杂质，以提高产品的纯度和白度。产品性能见表3-3-5，“SGW”细粉状产品主要用于造纸。

图3-3-1干式精选流程

日本高岛加工厂采用湿法精选流程，生产微细粉状的水洗产品，产品性能见表3-3-6。其中产品“Hi-Z”可作为造纸用粘土。

美国布伊沸石矿采用分级和浓缩以及摇床选别和干涉沉降工艺分选沸石，工艺流程见图3-3-2。

图3-3-2布伊沸石矿造矿流程

2.沸石矿的深加工

沸石矿的深加工就是经酸、碱浸渍，煅烧等方法处理，使其活化和改型，提高沸石的吸附能力和交换能力。使沸石活化的方法较多，下面介绍几种主要处理工艺。

表3-3-5干法处理沸石的性能

注：PB＝纸装；FB＝软包装；PEB＝聚乙烯包装。

（1）酸处理加工工艺将沸石原矿粉碎至5～80目，用浓度为4%～10%的盐酸或硫酸浸渍，酸浸是将沸石孔道中的杂质和可溶性物质清除出来，浸渍处理时间以10～20h为宜。酸处理后的沸石经用碳酸钠、苛性碱等中和后洗涤，再水煮沸30～60min。将煮沸后的沸石干燥，然后在350～580℃温度下焙烧。焙烧后的沸石被粉碎到所需要的粒度，即为活性沸石产品，其吸附性能达到或优于活性炭。

表3-3-6湿法处理沸石性能

（2）煅烧处理工艺将沸石原矿干燥破碎，排除破碎中产生的粉末。将破碎产品放在焙烧台上，通过热风缓缓升温，焙烧温度不超过500℃。在温度（焙烧）升到足够高时用水急骤冷却，然后干燥。经上述处理后，能使离子交换容量值和吸附能力缓慢提高，可作水质净化剂使用。

（3）P型沸石将3g10～20目的沸石矿放入NaOH浸液中，在（95±5）℃下加热70h，即获得P型沸石。NaOH浓度不宜过高，否则会破坏沸石结构。改型后的P型沸石对CdCl₂的吸附量明显增加。

图3-3-2布伊沸石矿选矿流程

（4）H型沸石将天然沸石用稀无机酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃、HClO₄等）处理，使H⁺交换率至少在20%以上，成型后在90～110℃干燥，最后以350～600℃温度加热活化，即成H型沸石。H型沸石具有很高的吸附速度和阳离子交换容量。

（5）Na型沸石将沸石用过量的钠盐溶液（NaCl、Na₂SO₄、NaNO₃等）处理，使Na⁺交换率至少在75%以上，成型后在90～110℃干燥，最后在350～600℃温度下加热活化制成。Na型沸石对气体的吸附容量很大，甚至比合成的0.5nm分子筛的吸附量还大。

（6）NH₄型沸石将天然沸石用2M的NH₄Cl溶液处理，然后用2M的KCl溶液作洗涤剂，其阳离子交换容量可达145mN/100g。

此外还有将比表面积小、孔径小的斜发沸石改型为八面沸石，可应用于化工、炼油领域。改型工艺见图3-3-3。

图3-3-3八面沸石加工工艺流程

最佳改型条件为（每克矿样）：NaOH0.55g、NaCl0.60g、水3.00g、反应时间4h。改型前后的性能见表3-3-7。

表3-3-7沸石改型前后性能比较

五、我国沸石开发利用现状

我国沸石矿产资源开发利用研究仅有20年，在建材、轻工、农牧、环保等领域里的开发研究与应用已取得了一定成果。部分成果见表3-3-8。已开发的主要沸石矿床有：浙江缙云老虎头、天井山混合型沸石岩矿床；河北赤城独石口斜发沸石岩矿床、围场斜发沸石岩矿床；山东潍县涌泉庄丝光沸石、斜发沸石岩矿床、莱阳白藤口丝光沸石岩矿床、莱西斜发沸石、丝光沸石岩矿床；河南信阳上天梯斜发沸石岩矿床；黑龙江海林斜发沸石岩矿床；辽宁北票斜发沸石岩矿床；吉林九台银矿山混合型沸石岩矿床；内蒙古呼和浩特郊区陶卜齐丝光沸石岩矿床。

表3-3-8我国部分领域对沸石岩的质量要求

续表

续表

目前，天然沸石在工业应用中存在以下主要问题：一是质量问题，二是品种问题。质量问题主要是纯度不高，杂质较多，以及活化产品的质量达不到应用部门要求。品种问题是适合于不同应用部门要求的改型、改性系列化产品少。因而，一方面要加强选矿提纯工艺的研究，另一方面也要加强沸石改性、改型工艺条件的研究。

上天梯沸石矿是河南省最大的沸石矿，与膨润土、珍珠岩共生，为斜发沸石岩。目前主要是作水泥填料用。在除氟方面的研究已取得较好成果。沸石原矿经破碎活化后，提高了吸附氟离子的能力。原水含氟3～8.2mg/L，经沸石吸附后含氟降到1mg/L以下，符合饮用卫生标准。用过的沸石可再生反复使用，为氟病区人民带来了福音。针对河南省的实际情况，应加强氟石在环保、农药方面的开发研究。氟石矿的超细微粉在立交桥、高速公路上的应用已受到建设部门的高度重视。

六、人工合成4A沸石

天然沸石已被成功应用到工业、农业、环保等各个领域中，但是在一些工业部门，如洗涤业中的助洗剂，还是要用人工合成的4A沸石。因为天然沸石，无论是吸钙量，还是白度等指标均达不到要求。在催化剂领域中，至今仍然使用人工合成的沸石。

人工合成沸石已达数百种，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，其中产量最多的是4A沸石。4A沸石主要用于洗涤剂中，取代三聚磷酸钠（STPP）。4A沸石也是制取其他品种沸石的母体。

4A沸石的分子式为Na₉₆Al₉₆Si₉₆O₃₈₄·216H₂O，经简化为Na₁₂（Al₁₂Si₁₂O₄₈）·27H₂O的称为伪晶胞或假单元式，可再简化为Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·4.5H₂O,Na₂O17%、Al₂O₃28%、SiO₂33%、H₂O22%。4A沸石的比表面积可达800m²/g，能吸附一定量的有机污垢。4A沸石对Ca²⁺有很强的交换能力，理论吸钙量以mg-CaCO₃/g（干）计，可达352mg/g，所以能软化硬水。4A沸石作助洗剂，除软化硬水外，有pH缓冲能力，提高了清除油污的效果。4A沸石除了具有上述的助洗剂功能外，还具有原料来源广，制取工艺简单，能耗低，价格低于三聚磷酸钠，生态学方面安全等优点，使之成为三聚磷酸钠最理想的代用品。

合成4A沸石的生产工艺根据原料不同而不同，主要有以下几种生产工艺。

1.氢氧化铝水热合成法

该工艺是以市售的氢氧化铝、氢氧化钠、硅酸钠为原料，直接进行水热合成制取沸石（图3-3-4）。该工艺是世界上普遍采用的生产工艺，世界上许多著名厂家都采用此工艺生产，如德国的Henk和Degussa公司、荷兰AK20-PQ公司、意大利的Mira公司、日本东洋曹达公司、西班牙的FMC公司、美国的P＆G公司等。此工艺的优点是生产流程简单，产品质量较高，流程灵活性大，可以根据市场需求生产多种型号沸石。缺点是成本高。

图3-3-4水热法合成沸石工艺流程

2.高岭土法

美国Ethyl公司利用高岭土生产4A沸石助剂。纯高岭土中的硅铝比值恰好与4A沸石相等。高岭土焙烧之后转变为活性较高的非晶质的偏高岭石，偏高岭石在热水碱性溶液中转换成4A沸石（图3-3-5）。

图3-3-5用高岭土合成4A沸石的流程图

这种方法的优点是工艺简单、成本低；缺点是缺少高质量的高岭土原料，难达到洗用沸石的要求，白度、粒度及钙交换量三项指标难满足用户的要求。

美国的U.C.C公司也采用高岭土法，只是在焙烧后加了一道氯化除杂工序。

3.三水铝石矿法

用三水铝石矿作原料生产4A沸石，工艺难度较大，成本较低。我国福建汇盈和耀隆洗涤助剂厂用此法生产4A沸石（图3-3-6）。

图3-3-6三水铝石矿法合成4A沸石工艺流程

河南省非金属矿产开发利用指南

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4.以一水硬铝石为原料的方法

以三水铝石矿为原料合成4A沸石，是在常压下经碱溶直接制得铝酸钠，生产成本低。但我国三水铝石矿少，仅在南方福建、海南、贵州等省有少量储量，所以三水铝石矿法受原料限制。我国铝土矿资源丰富，在铝土矿石中主要铝矿物是一水硬铝石，有的矿石含少量—水软铝石、高岭石等矿物。以铝土矿为原料生产4A沸石符合我国资源国情。

在合成4A沸石工艺中，首先要获得铝酸钠溶液，然后再与硅酸钠溶液混合，经胶化、晶化等反应过程，合成4A沸石。铝酸钠碱溶液是拜耳法以及所有其他碱法生产氧化铝的主要中间产物。用铝土矿生产氧化铝主要有两种方法，一是拜耳法（湿化学法），另一种是苏打石灰石烧结法。这两种方法的工艺过程中都有中间产品铝酸钠溶液，将铝酸钠溶液与硅酸钠溶液混合，经胶化、晶化、老化等过程合成4A沸石。如山东铝业公司就是在烧结法氧化铝生产系统中嫁接4A沸石生产线，生产出助洗剂4A沸石（图3-3-7）。

在合成沸石的工艺过程中，胶化、晶化、老化过程的有效控制，是合成合格产品的关键。经沉淀压滤后的铝酸钠清液和具有一定模数的液体硅酸钠按一定的配比注入合成罐内，调控反应物配比是产生4A沸石晶相纯度的关键。胶化反应形成的是非晶态、无定形的胶体粒子。在水热条件下，有如下反应：

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随着反应时间的延长，胶团解析出NaOH并形成微晶。

晶化反应生成4A沸石晶体，反应式为：

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图3-3-7以铝土矿为原料合成4A沸石工艺

4A沸石的晶体生长与浓度、温度、时间密切相关。晶化时间不够，晶化率下降，晶化不完全；晶化时间过长，会产生杂质相（如方钠石），同样会使4A沸石量相应减少。严格控制反应溶液的总碱度，保证合成的4A沸石晶体粒径小，≤4μm的≥90%，≤10μm的＞99%。

老化过程可提高4A沸石的结晶度，使之更稳定，4A沸石晶体的粒度分布更为合理，提高钙交换量和白度。

随着胶化（浆化）、晶化、老化过程的进行，完成了非晶态的水合铝硅酸钠向晶体的转化。要使合成的4A沸石的结晶度、白度高、粒度细且分布合理、钙交换量高，就必须严格控制合成反应的每一个过程的条件。

5.酸性粘土法

日本水泽公司（MIZUSAWA）利用酸性粘土生产洗用沸石，此法的优点是产品的粒度细，缺点是工艺复杂、成本较高。工艺流程见图3-3-8。

图3-3-8水泽公司的酸性粘土法工艺流程

关于助剂4A沸石的质量要求各厂家不尽相同，目前还没有统一的国际标准。一般是根据用户需求制定生产工艺，使产品质量满足用户要求。表3-3-9列出各厂家的质量标准。

表3-3-94A沸石助洗剂质量要求

①中华人民共和国行业标准，1993-07-01实施；②山东铝业公司企业标准，1993-06-01实施。

主要参考文献

[1]《非金属矿工业手册》编辑委员会，非金属矿工业手册（上、下册），冶金工业出版社，1992.12。

[2]《矿产资源综合利用手册》编辑委员会，矿产资源综合利用手册，科学出版社，2000。

[3]王濮等，系统矿物学（中册），地质出版社，1984.8。

[4]孙宝岐等，非金属矿深加工，冶金工业出版社，1995.2。