沸石的性質與作用原理

沸石（zeolite）是一種礦石，最早發現于1756年。瑞典的礦物學家克朗斯提（Cronstedt）發現有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時會產生沸騰現象，因此命名為“沸石”（瑞典文zeolit）。在希臘文中意為“沸騰”（zeo）的“石頭”（lithos）。此后，人們對沸石的研究不斷深入。

沸石是沸石族礦物的總稱，是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸礦物。按沸石礦物特征分為架狀、片狀、纖維狀及未分類四種，按孔道體系特征分為一維、二維、三維體系。任何天然沸石都由硅氧四面體和鋁氧四面體組成。四面體只能以頂點相連，即共用一個氧原子，而不能“邊”或“面”相連。鋁氧四面體本身不能相連，其間至少有一個硅氧四面體。而硅氧四面體可以直接相連。硅氧四面體中的硅，可被鋁原子置換而構成鋁氧四面體。但鋁原子是三價的，所以在鋁氧四面體中，有一個氧原子的電價沒有得到中和，而產生電荷不平衡，使整個鋁氧四面體帶負電。為了保持中性，必須有帶正電的離子來抵消，一般是由堿金屬和堿土金屬離子來補償，如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金屬離子。

離子交換性是沸石巖重要性質之一。在沸石晶格中的空腔（孔穴）中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結合得不緊，極易與其周圍水溶液里的陽離子發生交換作用，交換后的沸石晶格結構也不被破壞。據查證，國內斜發沸石巖對NH4+離子的總交換容量在50~220 mmol/100g之間變化，對K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g，極少數在9mg/g以下。而絲光沸石巖對NH4+離子的總交換容量一般為50~188.73 mmol/100g，K+離子的總交換容量一般為1~9mg/g，極少數在9mg/g以上。故斜發沸石巖和絲光沸石巖的NH4+離子交換容量均較高，但絲光沸石巖的K+離子交換容量大大低于斜發沸石巖，這是由其內部結構等特點決定的。

據國內外某些文獻報道，斜發沸石和絲光沸石對陽離子的選擇性交換順序為：①堿金屬交換序列為Cs+1>Rb+1>NH4+>K+1>Na+1>Li+1②堿土金屬交換序列為Ba+2>Sr+2>Ca+2>Mg+2。斜發沸石能選擇交換某些重金屬，對Na的順序依次為Ba>Pb>Cd>Zn>Cu，因而可用于除去重金屬離子。斜發沸石對Cs和Sr的選擇性交換能力，使其能用于除去放射性廢料中的Cs137和Sr90。河北省獨石口斜發沸石巖對Cs137的選擇交換容量為0.15~0.25mg/g，并能分離回收純度達99.5%的Cs137。

方沸石中的Na+易于被Ag、Ti、Pb等交換。吉林省石棚公社晚侏羅統鹽堿湖火山碎屑巖型方沸石巖，其方沸石含量30~50%，其孔徑2.6?，小于NH4+離子的直徑（NH4+離子直徑2.86?），因而對NH4+交換容量非常低（只有10~30mmol/100g）。但對離子直徑<2.60?的Cu、Cr、Cd等有較高的陽離子交換容量。據悉，日本曾用方沸石除去Cu2+、Cd2+等。沸石的陽離子交換量改變出現一個最高峰值，其粒度范圍在10-20μm之間。

沸石在農業上的應用

（1）?沸石粉用于復混肥添加劑

鈣鉀型斜發沸石是眾多種沸石的一種，它適宜農作物栽培，它是含有鉀、鈣、鎂等多種金屬離子由硅氧四面體和鋁氧四面體構成的架狀侶硅酸鹽礦物，是氨離子、鉀離于、鈣離子、鎂離子等多種金屬離子的高效離子交換劑，并首先吸咐氨離子， 對氮、磷、 鉀等具有吸附、分離雙向調節作用。它的另一個性能是吸附牲強或易于極化的分子，對水的親和力最強。由于鈣-鉀型性發沸石具有這些獨特的化學和物理性能，所以早已被人們成功的應用于肥料生產和農作物栽培。例如國投盛世研發的沸石土壤修復劑具有極強的吸附性、離子交換性、催化性、耐酸堿性、耐輻射性，無毒無害無殘余，對土壤污染治理、改善土壤貧瘠化、鹽漬化、解決土壤板結等題具有顯著效果。

這種沸石粉與肥料接觸過程中，肥料中的氨離子、鉀離子被交換到沸石結晶格架中的微孔和通道中，披農作物養份交換后的沸石，對農作物能起到離子化肥的作用，并在土壤中緩慢的釋放養份，具有保持肥效持久性，減少肥料損失，提高肥料利用率和減輕肥料對農作物的傷害作用。

（2）沸石用于土壤改良

鈣-鉀型斜發沸石在土壤中能提高土壤離子的交換能力，提高土壤養份含量的利用率．降低土壤粘性，提高透水性、保水性、保肥性、改善土壤理化性質、提高土壤有效養分含量、調節土壤酸堿性，可有效的改良土壤，對于提高肥料廠和農民的經濟效益、效果顯著。

（3）沸石用于有機肥除臭

利用這種沸石對極性分子吸附的性質，可作為有機肥料的除臭劑。