吸附與離子交換除氟

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《工程流體力學》考試大綱
命題范圍和要求
[第一部分 ] 緒論
1. 1. 了解流體的主要物理性質; 理解流體的粘性; 掌握容重,密度及其區別和聯系; 掌握牛頓內摩察定律.
2. 2. 理解質量力和表面力, 掌握其表示方法. 理解連續介質, 實際流體,理想流體,不可壓宿流體, 可壓宿流體. 知道流體的研究方法.
[第二部分]流體靜力學
1. 1. 理解和掌握靜壓強及其特性
2. 2. 會歐拉平衡微分方程的推導,理解歐拉平衡微分方程的物理意義.
3. 3. 掌握流體靜壓強基本方程, 掌握點壓強的計算方法, 掌握壓強的計算基準和表示方法, 掌握靜壓強分布圖, 了解壓強的量測方法.
4. 4. 掌握計算作用於平面上的液體總壓力.
5. 5. 掌握計算作用於曲面上的液體總壓力.

[第三部分] 流體運動學
1.了解描述液體運動的兩種方法, 掌握跡線,流線的概念及方程, 了解質點加速度表達式.
2掌握描述流體運動的一些基本概念.
3. 3. 掌握流體運動的連續性微分方程, 總流的連續性方程.
4. 4. 理解無旋流和有旋流.
5. 5. 掌握流函數和速度勢函數, 了解幾種簡單的平面勢流, 知道勢流疊加法解平面勢流,的原理.

[第四部分] 理想流體動力學
1. 1. 掌握理想流體元流的伯努利方程的推導,
2. 2. 掌握理想流體元流的伯努利方程的物理意義和幾何意義以及應用.

[第五部分] 實際流體動力學基礎
1. 1. 了解流體質點的應力狀態
2. 2. 掌握實際流體元流伯努利方程的推導, 掌握實際流體元流伯努利方程的物理意義和幾何意義.
3. 3. 掌握實際流體總流伯努利方程的推導以及應用.
4. 4. 掌握實際流體的動量方程的推導以及應用.

[ 第六部分] 量綱分析和相似原理
1. 1. 理解量綱和單位的概念, 掌握瑞利法和π定理.
2. 2. 了解流動相似的概念.

[ 第七部分] 流動阻力和能量損失
1. 1. 了解雷諾實驗過程, 了解層流與紊流流態的特點, 掌握流態判別標准.
2. 2. 理解流動阻力的兩種形式, 掌握沿程損失和局部損失的計算方法.
3. 3. 了解圓管中層流運動的流速分布, 掌握層流沿程損失的計算公式。
4. 4. 理解尼古拉茲實驗。

[ 第八部分] 有壓管流
1． 1． 掌握簡單短管中的恆定有壓流計算
2． 2． 掌握簡單長管中的恆定有壓流計算
3． 3． 掌握復雜長管中的恆定有壓流計算
4.了解沿程均勻泄流管道中的恆定有壓流
[第九部分] 明渠流
1． 1． 了解明渠的分類，理解稜柱型渠道與非稜柱型渠道，順坡、平坡、和逆坡渠道的概念。
2． 2． 掌握恆定明渠均勻流的特徵和產生條件。
3．掌握謝才公式，曼寧公式
4．掌握水力最優斷面和允許流速。
5.掌握渠道輸水能力水力計算， 掌握確定渠道底坡和渠道斷面尺寸的方法。
6.了解無壓圓管均勻流的水力計算方法。
7.了解恆定明渠非均勻流特徵及產生條件。
8.理解斷面單位能量、臨界水深， 掌握急流、緩流、臨界流的判別標准。了解水躍的基本方程。
9.了解明渠恆定非均勻漸變流的基本微分方程以及水面曲線定性分析。

[第十部分] 孔口、管嘴、閘孔出流及堰流
1． 1． 掌握恆定薄壁孔口出流流量的計算方法。
2． 2． 了解圓柱形外管嘴出流流量的計算方法。
3． 3． 了解堰流的定義及其分類
4． 4． 了解矩形薄壁堰、三角形薄壁堰的流量公式。
5． 5． 了解實用堰、寬頂堰的水流特徵。

[ 第十一部分]滲流
1． 1． 掌握滲流模型的實質， 掌握達西定律.
2． 2． 了解均勻滲流特性, 掌握非均勻漸變滲流斷面流速分布,
3． 3． 了解漸變滲流基本微分方程和浸潤曲線的概念.
4． 4． 掌握井的滲流計算.

二．參考書
工程流體力學(水力學), (上,下冊). 聞德蓀主編. 高等教育出版社.

三．考試形式： 閉卷
試卷構成：(1)基本概念部分： 約30分.
(2)計算題部分： 約120分.

《流體力學》考試大綱
一、考試的總體要求
考查學生對流體力學的基本概念、基本原理、基本方法，以及對流體運動的一般規律、分析方法的掌握程度，考查學生的分析問題和解決問題的能力。

二、考試的內容
1、流體力學基本概念：密度，黏度，流速，壓強，表面張力，定常流，非定常流，可壓縮流體，不可壓縮流體，理想流體、牛頓流體，非牛頓流體。連續介質，質點加速度，質點的隨體導數，流體微團運動分析。
2、基本方程：連續性方程，運動方程，能量方程，歐拉方程，伯努利方程。
3、勢流運動：勢流運動控制方程及求解方法。無粘性不可壓縮流體無旋運動的速度勢函數及其應用，平面定常無旋運動的復勢及其應用。
4、流函數求解不可壓縮流體的二維定常無旋流動問題。軸對稱流動問題，復變函數法，保角映象法。
5、粘性流體運動：基本方程；求解途徑；簡單流動的解析解。
6、湍流運動：湍流特徵；分類；發生過程；湍流結構；湍流方程及求解。

三、考試重點
1、質點加速度公式和質點導數，柯西－亥姆霍茲（Cauchy-Helmholtz）流體微團速度分解定理。
2、用勢流疊加原理解偶極流問題。
3、用勢流疊加原理解圓柱體繞流問題。
4、兩平行平板間的粘性流動
5、無限長直圓管中的粘性流動
6、兩同心旋轉圓柱間的定常流動

四、參考書
《流體力學》，張兆順和崔桂香編著，清華大學出版社，1999年。
《工程流體力學》，歸柯庭，汪軍，王秋穎編，科學出版社，2003年。

《水質工程學》考試大綱

一、 命題范圍與基本要求
（1）水質與水處理概論：了解天然水體中的雜質和水質特點，熟悉水中常見的污染物及其來源，了解水體富營養化的形成原因及其危害，理解水體的自凈和氧垂曲線；了解水體的生物化學物質對人體健康的影響；掌握用水水質標准和污水的排放標准。
（2）水的處理方法概論：熟悉水的物化、生化處理方法；了解反應器類型及其物料在反應器內的流動模型，了解物料在反應器內的停留時間及其分布，理解反應器的概念在水處理中的應用，了解水處理工藝流程的概念及其幾種典型的給水、污水處理的工藝流程。
（3）凝聚和絮凝：掌握混凝基本的概念和混凝機理，掌握影響混凝效果的主要因素，熟悉混凝劑的種類和選用原則，理解混凝的動力學模型和混凝劑的混合過程，熟悉混凝的設備和混凝實驗。
（4）沉澱：掌握雜質顆粒在水中兩種沉降的基本原理；理解理想沉澱池與淺池理論的概念；掌握非凝聚性顆粒與凝聚性顆粒的沉澱過程與沉澱效率的計算；掌握平流沉澱池、斜管（斜板）沉澱池的結構與設計；了解澄清池的工作原理和兩種主要形式；了解氣浮作為一種特殊的沉澱方式與沉澱的區別和聯系。
（5）過濾：了解慢濾池和快濾池的不同之處，掌握濾料的選擇和級配；理解快濾池的運行特點和濾層的優化，理解過濾的機理和過濾理論；了解濾池的反沖洗和反沖洗最優化理論；掌握濾池的配水系統及與之相關的承托層；熟悉幾種常見的濾池類型及特點。
（6）吸附：了解吸附的機理和等溫吸附模型，掌握活性炭的制備和活性炭吸附性能的影響因素；熟悉活性炭功能及其吸附動力學過程，了解幾種活性炭的應用及其在應用過程中需要考慮的因素；掌握活性炭的再生方法；了解除活性炭外的其他幾種常用吸附劑。
（7）氧化還原和消毒：了解氧化劑化學及其消毒作用及滅活模型，掌握氯消毒過程和消毒副產物的控制，理解臭氧消毒的作用機理和臭氧處理工藝；熟悉除氯外的其他氧化和消毒方法，了解高級氧化工藝。
（8）離子交換：了解離子交換的概念，熟悉幾種離子交換劑，掌握離子交換樹脂的性質；
掌握離子交換反應及固定床離子交換原理，理解離子交換速度及其影響因素；掌握兩種離子交換器；掌握離子交換在水的軟化和除鹽方面的應用。
（9）膜濾技術：了解膜濾的概念和膜濾技術的分類和膜濾過程的性能參數，了解膜污染及其預防方法；掌握微濾和超濾概念、原理和超濾的濃差極化；理解反滲透及其分離機理，熟悉反滲透的裝置；掌握電滲析概念、基本原理和電滲析的基本過程，了解離子交換膜的作用機理，掌握極化現象和電滲析器工藝設計計算。
（10）水的冷卻：了解水的兩種冷卻系統和冷卻構築物，掌握水的冷卻原理，理解冷卻熱力學計算，了解冷卻水水質和循環冷卻水處理。
（11）腐蝕與結垢：了解腐蝕的幾種基本類型，了解腐蝕過程和腐蝕的控制方法；掌握影響腐蝕的因素和兩種重要的腐蝕形式；掌握LSI飽和指數，RSI穩定指數，了解其他的幾種穩定指數，了解水質的幾種穩定處理。
（12）水的其他處理方法：掌握中和的基本原理和三種中和的方法、掌握化學沉澱基本原理和三種化學沉澱方法；了解電解的基本原理和幾種電解的處理工藝；了解吹脫、汽提基本原理和影響吹脫的主要影響因素；了解萃取的基本原理和萃取的工藝過程。
（13）活性污泥法：熟悉活性污泥法基本概念和基本流程，了解活性污泥的組成和形態，掌握活性污泥的增殖規律；熟悉活性污泥幾個性能指標，掌握活性污泥法的設計和運行參數；理解活性污泥反應的動力學和莫諾公式的推廣應用。能夠熟練掌握活性污泥九種模式及其特點；掌握活性污泥法的曝氣氧轉移規律和曝氣系統及其裝置；掌握活性污泥法的脫氮除磷工藝，理解活性污泥法污泥法處理系統的過程式控制制與運行管理和活性污泥法的幾種新工藝。
（14）生物膜法：熟悉生物膜法的基本概念和特徵。理解生物膜法的凈化機理，掌握生物膜的增長過程，掌握生物膜理論的重要參數；掌握生物膜反應器的重要形式：生物濾池、生物轉盤、生物流化床處理工藝的特點，掌握生物膜法運行管理的注意事項。
（15）厭氧生物處理：了解厭氧生物處理發展的過程和趨勢；掌握厭氧生物處理的三個階段的基本原理；了解厭氧微生物的生態學，了解影響兩種細菌的主要生態因子；掌握UASB工藝的工作原理和反應器的結構設計原理；了解兩相厭氧生物處理原理技術。
（16）自然生物處理系統：掌握穩定塘凈化機理和凈化過程中的影響因素；熟悉穩定塘處理的技術特點；掌握好氧塘、兼性塘、厭氧塘、曝氣塘的特點和應用；掌握污水的土地處理系統工藝和凈化作用機理，掌握人工濕地幾種類型及其特點。
（17）污泥處理、處置與利用：了解污泥處理的一般原則、污泥處理處置的基本方法和基本流程，掌握污泥的成分和性質，污泥的濃縮、脫水、干化，污泥的綜合利用與最終處置。重點污泥厭氧消化的機理、主要工藝以及工藝設計方法。
（18）水處理工藝系統：了解給水處理工藝系統的選擇原則和地面水的常規處理工藝系統，了解水的除藻、除臭和除味，了解給水廠廢水的回用和給水廠污泥的最終處理處置。
（19）特種水源水處理工藝系統：掌握高濁度水處理工藝系統，掌握地下水除鐵除錳的原理，了解水的除氟和除砷技術，了解軟化、除鹽及鍋爐水處理工藝系統。
（20）城市污水處理系統：了解城市污水處理工藝系統選擇的基本思想與知道原則，掌握污水處理的工藝系統，把握污水深度處理工藝和再生水的利用。
（21）工業廢水處理的工藝系統：了解工業廢水的分類和幾種廢水的常用處理系統。
二、 主要參考教材
考試主要參考書目：
《水質工程學》，李圭白，張傑主編，中國建築工業出版社，2005；
《給水工程》（水處理部分），嚴煦世、范謹初主編，中國建築工業出版社；
《排水工程》（下冊），張自傑主編，中國建築工業出版社，2000；
《水污染控制工程》，高建耀，顧國維主編，高等教育出版社，2000。
三、考試形式及試卷構成
1、考試形式：閉卷
2、試卷構成
卷面總分150分，其中：
a.基本概念部分：約60分；
b.分析計算部分：約90分；

⑵ 陽離子交換器的主要用途:

1.生產純凈水
2.海水淡化，苦鹹水淡化
3.除氟化物、廢水處理
4.動力設備給水除鹽
電滲析工版程典權型工藝流程
1.苦鹹水淡化、地下水除氟
原水→101過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→成品水
2.飲用純凈水、太空水生產
原水→機械過濾器→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→臭氧滅菌裝置→成品水
3.制葯行業針劑制備、大輸液制備用水
原水→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→多效蒸餾水機→成品水
4.化肥、機械行業用水
原水→機械過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→脫氣塔→陰離子交換器→成品水
純凈水的消毒，現在推薦使用「臭氧」，臭氧消毒後，沒有殘留物

⑶ 請問杜笙離子交換樹脂跟普通的國產樹脂有何不同

杜笙離子交換樹脂是原裝進口的，製作工藝和水平達到國際行業標準的，具有交換容量大，再生液量少，反洗水量小等特點。並且杜笙離子交換樹脂在水體深度處理上具有明顯的優勢，比較符合國家目前限排標准。

⑷ 求除氟工藝及詳細說明

你好!我建議去和化學工廠及水利局咨詢一下就好啦．含氟廢水，目前國內大多數生產廠尚無完善的處理設施，所排放的廢水中氟含量超過國家排放標准，嚴重污染環境。按照國家污水綜合排放標
准，氟離子濃度應小於10mg/L；對於飲用水，氟離子濃度要求在1mg/L以下。
目前國內外常用的含氟廢水處理方法大致分為兩類，即沉澱法和吸附法。
化學沉澱法是通過投加鈣鹽等化學葯品，形成氟化物沉澱或氟化物被吸附於所形成的沉澱物中而共同沉澱。該方法簡單、處理方便，費用低，
但石灰溶解度低，只能以乳狀液投加，且產生的CaF<SUB>2</SUB>沉澱包裹在Ca(OH)<SUB>2</SUB>顆粒的表面，使之不能被充分利用，因而用量
大。處理後的廢水中氟含量一般只能下降到15mg/L，很難達到國標一級標准。而且存在泥渣沉降緩慢，脫水困難，處理大流量排放物周期長，
不適應連續處理連續排放等缺點。<BR> 吸附法是指含氟廢水流經接觸床，通過與床中固體介質
進行離子交換或化學反應，去除氟化物。這種方法只適用於低濃度的含氟廢水或經其他方法處理後氟化物濃度降至10~20mg/L的廢水。而且接觸
床的再生及高濃度再生液的處理是整個運行過程中不可缺少的一部分，接觸床頻繁的再生使運行成本較高。<BR> &n
bsp; 此外，還有冷凍法、離子交換樹脂除氟法、超濾除氟法、電滲析等，但因為處理成本高，除氟效率低，至今多停留在實驗階
段，很少推廣應用於工業含氟廢水治理。<BR> 絮凝一氣浮處理含氟廢水新工藝是在傳統工藝的
基礎上，採用絮凝一氣浮一吸附相結合的工藝處理含氟廢水。<BR> 1．基本原理<BR>
利用鋁離子的三種機理來去除氟離子，即：<BR>
(1)吸附。鋁鹽絮凝除氟過程中生成的具有很大表面積的無定性Al(OH)<SUB>3 </SUB>(am)原體對氟離子產生氫鍵吸附，氟離子半徑小，電負性強，
這一吸附方式很容易發生。<BR> (2)離子交換。氟離子與氫氧根的半徑及電荷都相近，鋁鹽絮凝除
氟過程中，投加到水中的A1<SUB>13 </SUB>O<SUB>4 </SUB>(0H) <SUB>14</SUB><SUP>7+</SUP> 等聚陽離子及水解後形成的無定性Al(0H)<SUB>3</SUB>
(am)沉澱，其中的OH<SUP>-</SUP>與F<SUP>-</SUP>發生交換，這一交換過程是在等電荷條件下進行的。<BR>
(3)絡合沉澱。F<SUP>-</SUP>能與Al<SUP>3+</SUP>等形成從AlF<SUP>2+</SUP>、AlF<SUP>2+</SUP>、AlF<SUB>3</SUB>到AlF<SUB>6</SUB><SUP>
3-</SUP> 6種絡合物，絡合沉降而去除F<SUP>-</SUP>。<BR> 絡合離子方程式如下：<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>
; 絮凝產生的絮狀物通過氣浮裝置達到有效的固液分離，出水經過砂濾再通過活性炭吸附後排放。<BR>
; 2．應用實例<BR> 某半導體廠含氟廢水平均進口濃度為165.54m/L，pH＝2.39，排放水
量為50m<SUP>3</SUP>/d。《污水綜合排放標准》( GB8978 -1996)一級標准為：F-≤10mg/，pH＝6~9。處理工藝流程見圖1。<BR><IMG alt=""
src="/sbgl/design/UploadFiles_1688/200612/20061205214244475.gif">
<P> 生產廢水首先流入調節沉澱池，然後由泵提入絮凝反應池，同時通過自動加葯機投加葯劑NaOH，
2‰聚鋁及0.005‰的PAM助凝劑，進行絮凝反應。加葯過程中，觀察pH值顯示儀的讀數，根據聲值調節NaOH的投加量，控制pH在7左右。絮凝反應時間約為
15min。出水自流入氣浮分離池，由溶氣釋放器中釋放出來的溶氣水將絮凝後的沉澱托出水面，在液面上形成沉澱物浮渣，浮渣經刮渣機刮出後進入干化
箱，靜沉後的清潔液再流入調節沉澱池，沉渣干化後可外運填埋或焚燒處理。氣浮分離池下部的清液自流入清水池中，部分清水由溶氣泵提入溶氣罐，
作為氣浮用的溶氣水，其餘的清水由泵提入砂濾塔，經過砂濾的水再進入活性炭吸附罐進行深度處理，最後直接排放。<BR>
在調試期間發現pH值對各階段的處理效果有一定影響（表1），由表1可見，當聲值控制在7.0左右時處理效果最佳。<BR>
<IMG alt="" src="/sbgl/design/UploadFiles_1688/200612/20061205214244371.gif"><BR> <BR>
3．運行效果<BR> 這套處理設施竣工投用以來，經環境監測權威機構多次對設施進出口F-濃度進行采樣
監測。監測結果表明，該含氟廢水處理設備出口排放物中的州值均在6.5~7之間，F-的濃度均小於5mg/L，排放指標均達到了國家污水綜合排放一級標准，
除F-效率達98.9%。<BR> 同時經濟評估表明，這套設施充分利用了工廠原有的調節沉澱池、部分管路等
設施，總投資不高，除去設備折舊費及人工費，總運行費用每噸僅為0.50元。<BR> 4．結論<BR>
(1)絮凝一氣浮處理含氟廢水工藝繼承了傳統工藝的優點，充分利用鋁鹽絮凝的吸附、離子交換、絡合沉澱等
作用機理，緩解後續處理的負荷，且採用聚鋁作為絮凝劑比採用鋁鹽用量減少一半，處理費用進一步降低。<BR>
; (2)將氣浮技術運用於含氟廢水處理中，解決了以往固液分離的難題，使設備能穩定運行。<BR>
(3)出水末端採用活性炭吸附，給出水穩定達標排放提供保障。<BR> (4)在工藝中，用NaOH取代傳統的Ca
(OH)<SUB>2</SUB>，使泥渣量減少，解決了傳統工藝泥渣多，易結垢，處理效果不佳，管路易堵塞等難題。<BR> <STRONG>
; 參考文獻<BR></STRONG> 1 凌波．鋁鹽混凝沉澱除氟水．水處理技術．1990，16(2):418~421
<BR> 2 劉裴文、蕭舉強、王萍等．含氟廢水處理過程的吸附交換機理—離子交換與吸附．1991.7(50)
:375~382<BR> 3 胡萬里．混凝、混凝劑、混凝設備．化學工業出版社，環境科學工程出版中心<BR>
4 盧建杭、劉維屏、王紅斌鋁鹽混凝法除氟離子的一般規律．化工環保．2000
</P> <center></center></td></tr>

好像有點亂，看下面的地址吧！
參考資料：http://www.jdzj.com/sbgl/design/200612/20061205214217_1913.html
http://www.sclw.com/ctidea.asp#t4
我國許多地區，地下水含氟量都超過國家規定的生活飲用水衛生標准（1.5mg/L）。有些地區甚至高達20mg/L。長期飲用高氟水，輕者使牙齒產生斑釉，關節疼痛，重者會影響骨骼發育，致使喪失勞動力。為此本公司開發出活性氧化鋁吸附過濾用於地下水除氟（也適用於工業廢水除氟）的專用設備。。

原理與工藝流程
含氟水經過比表面積較大的活性氧化鋁吸附過濾層。在PH值5～6的條件下，水中氟離子被吸附生成難溶解的氟化物而被除去，其反應式如下：R2SO4＋2F－＝R2F2＋SO42－
吸附劑失效後，用硫酸鋁溶液進行再生，以恢復其吸附能力。當原水PH值大於7時，一般用二氧化碳氣體進行調節。

參考資料 ：

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

⑸ 　沸石（Zeolite）

一、概述

沸石是沸石族礦物的總稱，包括含水的鹼或鹼土金屬的鋁硅酸鹽礦物。沸石的化學組成十分復雜，因種類不同差異較大。沸石礦物的一般化學式為：A_m（Si,Al）_pO_2p·nH₂O，式中A主要為鈉和鈣，其次為鋇、鍶、鉀和極少的鎂、錳等。成分中（Mg、Ca、Sr、Ba、Na₂、K₂）:Al₂=1:1和O:（Si,Al）=2:1是恆定的。但不同的沸石，陽離子A及其含量不同，水分子多少各異，Al:Si比值從1:5到1:1變化。

目前，已發現40種天然沸石礦物，但只有方沸石、菱沸石、斜發沸石、毛沸石、濁沸石、絲光沸石、鈣十字沸石等較為常見。我國已發現有斜發沸石、絲光沸石、鹼菱沸石、鈣十字沸石等10多種天然沸石，被大量利用的只有斜發沸石和絲光沸石。人工合成沸石已達數百種，幾十種結構。但是目前已工業化的，具有經濟意義的只有幾種，其中產量最多的占人工合成沸石總量的99%的是4A沸石，其次是Y型和X型沸石。

沸石礦物的晶體具有架狀結構。在架狀骨幹中存在著由[（Si,Al）O₄]四面體組成的環（如由四個四面體組成的「四元環」、六個四面體組成的「六元環」，以及「五元環」、「八元環」、「十二元環」等等）。環的孔徑與一般分子大小相近（如四元環0.1nm、六元環0.22nm、八元環0.42nm、十二元環0.8～0.9nm）。不同的沸石礦物晶體中，環的元數不同，聯結方式不同。因而，孔道的孔徑、孔道方向、孔道貫通幾度空間等各異。孔徑越寬，可以容納的物質的分子越大。六元環以下孔徑太小，分子進不去，可用來進行離子交換。

形成環狀的硅氧四面體再與另外的氧橋相互聯接，便構成三維格架的孔穴（稱籠或空腔）。在沸石晶體結構中許多形狀整齊的多面體籠就是這樣形成的。如立方體籠、α籠、β籠、六角柱籠等。

上述結構特徵使沸石晶體結構存在孔道和空洞，被鈉、鉀、鈣等陽離子和水分子－沸石水所佔據。

當加熱時沸石水將逐漸逸出。沸石失水後，孔穴形成的內表面積很大，1g純沸石（A型分子篩）的總表面積達1100m²，即沸石被活化。失去沸石水後，可以吸附其他物質分子進入孔道。在這種情況下，直徑比孔道小的分子能進入孔道，而直徑比孔道大的分子則被拒之外，從而對分子起篩選作用。因此，被活化的沸石可作為離子篩或分子篩。沸石的選擇性吸附、篩分性能，決定於沸石的孔徑和被吸附分子的大小、結構、極性和化學鍵等。

在沸石晶體結構的孔穴中除沸石水外，還存在為了平衡晶格中負電荷而進入的金屬陽離子（一般為K⁺、Na⁺），這些陽離子極易與水溶液中的陽離子（如Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺等）發生交換作用。這種可逆的陽離子交換，不破壞晶體結構，但會改變晶體內的電場，從而可使沸石的吸附和催化性能發生很大變化。沸石的離子交換性能主要與沸石晶體結構中硅鋁比的高低、孔穴的大小、陽離子的性質及所在的位置有關。部分沸石的物理性質見表3-3-1。

二、沸石的主要用途

沸石的獨特內部結構和晶體化學性質，使其具有吸附分離、離子交換、催化裂化、耐酸耐熱、耐輻射和密度小等特點，廣泛地應用於建材工業、農業、輕工業、環保及國防等領域。

建材工業用作燒制人造輕骨料、水泥摻合料、輕質高強板材及輕質磚和輕質陶瓷製品、無機發泡劑，配製多孔混凝土，作固結材料，建築石料。

農牧業製作農葯載體、土壤改造劑、多元顆粒肥料；家畜（禽）飼料添加劑；水產養殖業中水質改良劑等。

工業助劑與添加劑製作肥皂助劑、牙膏磨擦劑，燒制低溫青瓷的助熔劑，紙張充填劑，橡膠塑料，樹脂，塗料的充填劑和用作洗滌劑的原料等。

離子交換除氟改良土壤，廢水處理，除去或回收重金屬離子，放射性廢物的處理，海水提鉀，海水淡化，硬水的軟化，食品的防腐保鮮。

吸附分離乾燥劑、吸附分離劑、分子篩（對氣體、液體進行分離、凈化和提純）（包括對天然氣、煤氣、化工氣體等）。

催化裂化石油的催化、裂化劑，用於分餾精製石油產品。

表3-3-1部分沸石的物理性質

三、沸石礦床的工業要求及資源分布

對於沸石礦石，主要以

、K⁺離子交換能力，確定沸石礦物在礦石中的含量。

邊界品位：K⁺交換量≥10mg/g土，或

交換量≥100mL/100g土（相當沸石總量的40%土）；

最低工業品位：K⁺交換量≥13mg/g土，或

交換量≥130mL/100g土（相當於沸石總量的55%土）；

K⁺交換量＜13mg/g，但

交換量＞130mL/100g的礦石，另外圈出，單獨計算儲量，並應確定沸石礦物的種屬；

K⁺交換量為10～13mg/g,NH⁴⁺交換量為100～130mL/100g土的礦石列為表外礦；

礦床最低可采厚度為2m，夾石剔除厚度大於或等於1m。

按用途評價沸石礦床的工業指標見表3-3-2。

表3-3-2我國沸石礦床評價的工業指標

目前世界上已有40多個國家發現了近3000個沸石礦床或礦點，絕大多數沸石礦床產於新生代，以第三紀分布最為集中。與火山岩共生，玻璃質火山岩為沸石的成礦母岩。

日本、原蘇聯和美國是沸石資源大國。此外，朝鮮、肯亞、阿根廷、紐西蘭、冰島、義大利、匈牙利、保加利亞、英國和原西德等國家均發現了較大規模的沸石礦床。

表3-3-3我國部分地區沸石岩化學成分表

①用斯科菲爾德法測定。

我國沸石資源豐富，主要分布於中生代火山活動區，賦存於侏羅系、白堊系中。我國部分沸石礦的化學成分和吸附性能見表3-3-3和表3-3-4。

表3-3-4我國部分產地沸石岩的吸附性能

四、沸石礦石的提純及深加工

由於天然沸石受到純度及某些自然弱點的影響，還不能滿足各領域應用上的要求。為了進一步提高其吸附、交換和催化性能，需要對沸石礦進行選礦提純和深加工處理。

1.選礦提純

沸石的選礦存在一定的困難，主要原因有兩個：一是沸石礦物結晶粒度非常細小，一般為1～50μm；二是與沸石共生的礦物，如蒙脫石、絹雲母、石英、玉髓、蛋白石、長石、綠泥石等與沸石在選礦性質方面差異較小，不易分選。常用的選礦方法有：①重選，如搖床及離心力場強化的重選設備；②浮選，能處理細粒度物料，利用浮選葯劑調節礦物的可選性，是目前最為有效的一種選礦方法；③選擇性絮凝分選法。

我國主要進行過沸石的浮選、絮凝、重選、磁選等方面的試驗研究，已取得了一定進展，但仍處於探索性研究階段，有待於進一步的研究，尋求更有效、更經濟的方法及工藝。

世界上銷售的沸石一般只是經過破碎、篩分後符合粒度要求的產品。

日本板谷沸石加工廠採用干法精選工藝（見圖3-3-1），選除礦石中的蛋白石、石英、長石、有機物等雜質，以提高產品的純度和白度。產品性能見表3-3-5，「SGW」細粉狀產品主要用於造紙。

圖3-3-1乾式精選流程

日本高島加工廠採用濕法精選流程，生產微細粉狀的水洗產品，產品性能見表3-3-6。其中產品「Hi-Z」可作為造紙用粘土。

美國布伊沸石礦採用分級和濃縮以及搖床選別和干涉沉降工藝分選沸石，工藝流程見圖3-3-2。

圖3-3-2布伊沸石礦造礦流程

2.沸石礦的深加工

沸石礦的深加工就是經酸、鹼浸漬，煅燒等方法處理，使其活化和改型，提高沸石的吸附能力和交換能力。使沸石活化的方法較多，下面介紹幾種主要處理工藝。

表3-3-5干法處理沸石的性能

註：PB＝紙裝；FB＝軟包裝；PEB＝聚乙烯包裝。

（1）酸處理加工工藝將沸石原礦粉碎至5～80目，用濃度為4%～10%的鹽酸或硫酸浸漬，酸浸是將沸石孔道中的雜質和可溶性物質清除出來，浸漬處理時間以10～20h為宜。酸處理後的沸石經用碳酸鈉、苛性鹼等中和後洗滌，再水煮沸30～60min。將煮沸後的沸石乾燥，然後在350～580℃溫度下焙燒。焙燒後的沸石被粉碎到所需要的粒度，即為活性沸石產品，其吸附性能達到或優於活性炭。

表3-3-6濕法處理沸石性能

（2）煅燒處理工藝將沸石原礦乾燥破碎，排除破碎中產生的粉末。將破碎產品放在焙燒台上，通過熱風緩緩升溫，焙燒溫度不超過500℃。在溫度（焙燒）升到足夠高時用水急驟冷卻，然後乾燥。經上述處理後，能使離子交換容量值和吸附能力緩慢提高，可作水質凈化劑使用。

（3）P型沸石將3g10～20目的沸石礦放入NaOH浸液中，在（95±5）℃下加熱70h，即獲得P型沸石。NaOH濃度不宜過高，否則會破壞沸石結構。改型後的P型沸石對CdCl₂的吸附量明顯增加。

圖3-3-2布伊沸石礦選礦流程

（4）H型沸石將天然沸石用稀無機酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃、HClO₄等）處理，使H⁺交換率至少在20%以上，成型後在90～110℃乾燥，最後以350～600℃溫度加熱活化，即成H型沸石。H型沸石具有很高的吸附速度和陽離子交換容量。

（5）Na型沸石將沸石用過量的鈉鹽溶液（NaCl、Na₂SO₄、NaNO₃等）處理，使Na⁺交換率至少在75%以上，成型後在90～110℃乾燥，最後在350～600℃溫度下加熱活化製成。Na型沸石對氣體的吸附容量很大，甚至比合成的0.5nm分子篩的吸附量還大。

（6）NH₄型沸石將天然沸石用2M的NH₄Cl溶液處理，然後用2M的KCl溶液作洗滌劑，其陽離子交換容量可達145mN/100g。

此外還有將比表面積小、孔徑小的斜發沸石改型為八面沸石，可應用於化工、煉油領域。改型工藝見圖3-3-3。

圖3-3-3八面沸石加工工藝流程

最佳改型條件為（每克礦樣）：NaOH0.55g、NaCl0.60g、水3.00g、反應時間4h。改型前後的性能見表3-3-7。

表3-3-7沸石改型前後性能比較

五、我國沸石開發利用現狀

我國沸石礦產資源開發利用研究僅有20年，在建材、輕工、農牧、環保等領域里的開發研究與應用已取得了一定成果。部分成果見表3-3-8。已開發的主要沸石礦床有：浙江縉雲老虎頭、天井山混合型沸石岩礦床；河北赤城獨石口斜發沸石岩礦床、圍場斜發沸石岩礦床；山東濰縣湧泉庄絲光沸石、斜發沸石岩礦床、萊陽白藤口絲光沸石岩礦床、萊西斜發沸石、絲光沸石岩礦床；河南信陽上天梯斜發沸石岩礦床；黑龍江海林斜發沸石岩礦床；遼寧北票斜發沸石岩礦床；吉林九台銀礦山混合型沸石岩礦床；內蒙古呼和浩特郊區陶卜齊絲光沸石岩礦床。

表3-3-8我國部分領域對沸石岩的質量要求

續表

續表

目前，天然沸石在工業應用中存在以下主要問題：一是質量問題，二是品種問題。質量問題主要是純度不高，雜質較多，以及活化產品的質量達不到應用部門要求。品種問題是適合於不同應用部門要求的改型、改性系列化產品少。因而，一方面要加強選礦提純工藝的研究，另一方面也要加強沸石改性、改型工藝條件的研究。

上天梯沸石礦是河南省最大的沸石礦，與膨潤土、珍珠岩共生，為斜發沸石岩。目前主要是作水泥填料用。在除氟方面的研究已取得較好成果。沸石原礦經破碎活化後，提高了吸附氟離子的能力。原水含氟3～8.2mg/L，經沸石吸附後含氟降到1mg/L以下，符合飲用衛生標准。用過的沸石可再生反復使用，為氟病區人民帶來了福音。針對河南省的實際情況，應加強氟石在環保、農葯方面的開發研究。氟石礦的超細微粉在立交橋、高速公路上的應用已受到建設部門的高度重視。

六、人工合成4A沸石

天然沸石已被成功應用到工業、農業、環保等各個領域中，但是在一些工業部門，如洗滌業中的助洗劑，還是要用人工合成的4A沸石。因為天然沸石，無論是吸鈣量，還是白度等指標均達不到要求。在催化劑領域中，至今仍然使用人工合成的沸石。

人工合成沸石已達數百種，幾十種結構。但是目前已工業化的，具有經濟意義的只有幾種，其中產量最多的是4A沸石。4A沸石主要用於洗滌劑中，取代三聚磷酸鈉（STPP）。4A沸石也是製取其他品種沸石的母體。

4A沸石的分子式為Na₉₆Al₉₆Si₉₆O₃₈₄·216H₂O，經簡化為Na₁₂（Al₁₂Si₁₂O₄₈）·27H₂O的稱為偽晶胞或假單元式，可再簡化為Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·4.5H₂O,Na₂O17%、Al₂O₃28%、SiO₂33%、H₂O22%。4A沸石的比表面積可達800m²/g，能吸附一定量的有機污垢。4A沸石對Ca²⁺有很強的交換能力，理論吸鈣量以mg-CaCO₃/g（干）計，可達352mg/g，所以能軟化硬水。4A沸石作助洗劑，除軟化硬水外，有pH緩沖能力，提高了清除油污的效果。4A沸石除了具有上述的助洗劑功能外，還具有原料來源廣，製取工藝簡單，能耗低，價格低於三聚磷酸鈉，生態學方面安全等優點，使之成為三聚磷酸鈉最理想的代用品。

合成4A沸石的生產工藝根據原料不同而不同，主要有以下幾種生產工藝。

1.氫氧化鋁水熱合成法

該工藝是以市售的氫氧化鋁、氫氧化鈉、硅酸鈉為原料，直接進行水熱合成製取沸石（圖3-3-4）。該工藝是世界上普遍採用的生產工藝，世界上許多著名廠家都採用此工藝生產，如德國的Henk和Degussa公司、荷蘭AK20-PQ公司、義大利的Mira公司、日本東洋曹達公司、西班牙的FMC公司、美國的P＆G公司等。此工藝的優點是生產流程簡單，產品質量較高，流程靈活性大，可以根據市場需求生產多種型號沸石。缺點是成本高。

圖3-3-4水熱法合成沸石工藝流程

2.高嶺土法

美國Ethyl公司利用高嶺土生產4A沸石助劑。純高嶺土中的硅鋁比值恰好與4A沸石相等。高嶺土焙燒之後轉變為活性較高的非晶質的偏高嶺石，偏高嶺石在熱水鹼性溶液中轉換成4A沸石（圖3-3-5）。

圖3-3-5用高嶺土合成4A沸石的流程圖

這種方法的優點是工藝簡單、成本低；缺點是缺少高質量的高嶺土原料，難達到洗用沸石的要求，白度、粒度及鈣交換量三項指標難滿足用戶的要求。

美國的U.C.C公司也採用高嶺土法，只是在焙燒後加了一道氯化除雜工序。

3.三水鋁石礦法

用三水鋁石礦作原料生產4A沸石，工藝難度較大，成本較低。我國福建匯盈和耀隆洗滌助劑廠用此法生產4A沸石（圖3-3-6）。

圖3-3-6三水鋁石礦法合成4A沸石工藝流程

河南省非金屬礦產開發利用指南

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4.以一水硬鋁石為原料的方法

以三水鋁石礦為原料合成4A沸石，是在常壓下經鹼溶直接製得鋁酸鈉，生產成本低。但我國三水鋁石礦少，僅在南方福建、海南、貴州等省有少量儲量，所以三水鋁石礦法受原料限制。我國鋁土礦資源豐富，在鋁土礦石中主要鋁礦物是一水硬鋁石，有的礦石含少量—水軟鋁石、高嶺石等礦物。以鋁土礦為原料生產4A沸石符合我國資源國情。

在合成4A沸石工藝中，首先要獲得鋁酸鈉溶液，然後再與硅酸鈉溶液混合，經膠化、晶化等反應過程，合成4A沸石。鋁酸鈉鹼溶液是拜耳法以及所有其他鹼法生產氧化鋁的主要中間產物。用鋁土礦生產氧化鋁主要有兩種方法，一是拜耳法（濕化學法），另一種是蘇打石灰石燒結法。這兩種方法的工藝過程中都有中間產品鋁酸鈉溶液，將鋁酸鈉溶液與硅酸鈉溶液混合，經膠化、晶化、老化等過程合成4A沸石。如山東鋁業公司就是在燒結法氧化鋁生產系統中嫁接4A沸石生產線，生產出助洗劑4A沸石（圖3-3-7）。

在合成沸石的工藝過程中，膠化、晶化、老化過程的有效控制，是合成合格產品的關鍵。經沉澱壓濾後的鋁酸鈉清液和具有一定模數的液體硅酸鈉按一定的配比注入合成罐內，調控反應物配比是產生4A沸石晶相純度的關鍵。膠化反應形成的是非晶態、無定形的膠體粒子。在水熱條件下，有如下反應：

河南省非金屬礦產開發利用指南

隨著反應時間的延長，膠團解析出NaOH並形成微晶。

晶化反應生成4A沸石晶體，反應式為：

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圖3-3-7以鋁土礦為原料合成4A沸石工藝

4A沸石的晶體生長與濃度、溫度、時間密切相關。晶化時間不夠，晶化率下降，晶化不完全；晶化時間過長，會產生雜質相（如方鈉石），同樣會使4A沸石量相應減少。嚴格控制反應溶液的總鹼度，保證合成的4A沸石晶體粒徑小，≤4μm的≥90%，≤10μm的＞99%。

老化過程可提高4A沸石的結晶度，使之更穩定，4A沸石晶體的粒度分布更為合理，提高鈣交換量和白度。

隨著膠化（漿化）、晶化、老化過程的進行，完成了非晶態的水合鋁硅酸鈉向晶體的轉化。要使合成的4A沸石的結晶度、白度高、粒度細且分布合理、鈣交換量高，就必須嚴格控制合成反應的每一個過程的條件。

5.酸性粘土法

日本水澤公司（MIZUSAWA）利用酸性粘土生產洗用沸石，此法的優點是產品的粒度細，缺點是工藝復雜、成本較高。工藝流程見圖3-3-8。

圖3-3-8水澤公司的酸性粘土法工藝流程

關於助劑4A沸石的質量要求各廠家不盡相同，目前還沒有統一的國際標准。一般是根據用戶需求制定生產工藝，使產品質量滿足用戶要求。表3-3-9列出各廠家的質量標准。

表3-3-94A沸石助洗劑質量要求

①中華人民共和國行業標准，1993-07-01實施；②山東鋁業公司企業標准，1993-06-01實施。

主要參考文獻

[1]《非金屬礦工業手冊》編輯委員會，非金屬礦工業手冊（上、下冊），冶金工業出版社，1992.12。

[2]《礦產資源綜合利用手冊》編輯委員會，礦產資源綜合利用手冊，科學出版社，2000。

[3]王濮等，系統礦物學（中冊），地質出版社，1984.8。

[4]孫寶岐等，非金屬礦深加工，冶金工業出版社，1995.2。