沸石

一、矿产名称沸石（Zeolite）

二、矿产类型及其分布

沸石族矿物是一种富含水的K、Na、Ca、Ba的铝硅酸盐。形成沸石族矿物的先决条件，必须有富含足够水份的碱和碱土金属的铝硅酸盐等成矿物质。从世界范围看，沸石岩一般产在厚层沉积和同生的火山作用的较年轻的（主要是新生代，其次为中生代）造山带。集中分布在环太平洋地区和古地中海地区。中国东部濒临太平洋，属环太平洋造山带的一部分，我国已发现的沸石产地，绝大多数分布在这个地区。

1、矿床的成因类型

沸石矿床的类型很多，分类方法也不一致，按地质成因可分为内生和外生沸石矿床两大类，内生成因的矿床一般不能形成大规模单矿物堆积，暂无工业意义，而外生成因的矿床，往往形成有重要价值的工业矿体。现将国外有代表性的二种分类方案列出，见表1。

表1 天然沸石成因类型分类方案对比表

Sheppara Mumpton(1973)*

米哈伊诺夫(1977)*

A.Iijima(1980)*

（1）在“封闭”的盐碱湖水文体系中生成的沸石；**

（2）在“开放”的淡水湖或地下水体系中生成的沸石；**

（3）海洋环境中生成的沸石；

（4）低级埋藏变质作用生成的沸石；

（5）热液或温泉活动生成的沸石；

（6）在碱性土壤中由火山物质生成的沸石；

（7）在没有火山活动的直接证据的条件下生成的沸石。

（1）在火成的、深层的岩浆岩层和含金属矿岩层中，由热液和热液交代作用生成的沸石；

（2）在世界海洋中，由古代和现代深海沉积岩中的玻屑的海解作用生成的沸石；

（3）在现代和古代盐碱湖中，由沉积作用和早成岩作用生成的沸石；**

（4）在正常沉积岩中，由成岩作用生成的自生沸石；

（5）后成的破坏作用和初变质作用（深成岩作用）形成的后生作用的沸石；

（6）火山-沉积作用成因的岩石的后成岩作用生成的沸石；**

（7）沉积-火山岩层的喷气-沉积作用生成的沸石；

（8）区域性或线性风化壳的表生作用生成的沸石；

（9）苏打盐碱化的碱性土壤的壤化作用生成的沸石。

（一）在升温条件下生成的沸石。沸石分带主要由地热梯度引起的。

（1）岩浆的原生沸石；

（2）接触变质作用生成的沸石；

（3）热液作用生成的沸石；

（4）埋藏成岩作用（或低级变质作用）生成的沸石；

（二）在地表或近于地表条件下生成的沸石；沸石分带主要是由化学梯度产生的。

（5）由渗透地下水生成的沸石；**

（6）风化作用生成的沸石；

（7）碱、盐湖沉积物生成的沸石；**

（三）在低温条件下生成的沸石；看不到任何沸石分带现象。

（8）海洋环境中生成的沸石；

（四）冲击陨石坑中生成的沸石。

（9）冲击陨石坑中生成的沸石。

注*：天然沸石成因类型复杂，很多学者提出了对天然沸石的成因分类方案如：R.L.Hay(1966)、A.Iijima和M.Utada(1972)、R.A.Seppard(1973)、F.A.Mumpton(1973)、米哈伊诺夫(1977)G.Gottardi和J.Obradovic(1978)、A.Iijima(1980)等。其中具有代表性的是R.A.Seppard(1973),米哈伊诺夫(1977)和A.Iijima(1980)的分类方案（附表二）。据《国外地质》一九八二年五斯期资料。

注**：盐碱湖沉积型沸石矿床是目前工业意义最大的矿床类型；产于“开放”淡水湖或地下水沉积型矿床分布广泛，工业意义较大。其它沸石矿床类型的意义因地而异，但自然界常有二种以上类型彼此重叠形成的复杂类型。

国内的沸石矿床成因分类研究主要是参考国外的分类方案结合本国的实际情况有所创新、有所发展。1979年以来，赵宗溥、徐邦梁等同志先后归纳、提出过一些分类方案，一般认为有风化型、热水型、沉积型（包括与火山物质有关的沉积型和与火山物质无关的沉积型。

中国科学院地质研究所苏明迪、戴长禄同志在“地质科学”（1983.4,№.2）发表的“中国东部中生代火山岩中沸石岩的地质特征和成因”一文中指出：在中国东部中生代火山岩中的沸石岩主要是由降落或喷溢在淡水湖盆地或陆地上的火山灰、火山灰流和火山熔岩中的火山玻璃在“开放体系”中与湖水、渗透地下水或火山活动后期的热水反应所形成，进一步可分为二种成因亚类：一种亚类是指在远离火山通道的淡水湖盆地中由火山碎屑岩中的玻屑在成岩作用期间与水介质反应生成的沸石岩，以产出斜发沸石为特征，它多呈层状、似层状，甚至多层状，具有规模较大，质量较均匀等特点。如黑龙江海林县、勃利县，河北省围场县、宣化县、蔚县等地的沸石岩便属此类。另一种亚类是指距火山通道不远的玻璃质火山熔岩及其伴生的部分火山碎屑岩，在它们形成后，与渗透地下水或火山活动后期的热水反应形成的。以产出丝光沸石为特征。它多呈透镜体状、似层状，大多数规模较小，质量不均匀，如浙江缙云县、吉林九台县、辽宁彰武县、安徽宣城县等地的沸石岩属于此类。这二种成因亚类的沸石岩都可能具有工业意义。

中国东部中生代火山岩中沸石岩成因分类见表2。

表 2 中国东部中生代火山岩中沸石岩的成因分类

成因大类	成因亚类	代表性矿区	一般地质特征	矿石类型	沸石类型	沸石之形成条件
主要由降落或喷溢在淡水湖盆地或陆上的火山灰、火山灰流和火山熔岩中的火山玻璃在“开放体系”中与湖水渗透地下水或火山活动后期的热水反应形成。	远离火山通道的淡水湖盆地中由火山碎屑岩中的玻屑在成岩作用期间与水介质反应生成之沸石岩	黑龙江海林一部落，勃利县；河北围场、宣化县、蔚县等	产于正常沉积岩与火山碎屑岩（凝灰岩、凝灰角砾岩）互层的地层中。层理清晰，分选性好，有时见动植物化石。矿体呈层状，多层状，规模较大，质量较均匀	单一的斜发沸石岩型为主。	大多属高硅沸石类，以钾钙型或钙型斜发沸石为主。	在增加水化学势及水介质的K⁺、Ca²⁺离子浓度高的情况下，易生成斜发沸石。
	距火山通道不远的玻璃质火山熔岩及其伴生的部分火山碎屑岩，在它们形成后，与渗透地下水或火山活动后期的热水反应形成之沸石岩	浙江缙云县天井山，吉林九台县；辽宁彰武县；安徽宣城等	产于火山熔岩（流纹岩、珍珠岩、流动角砾岩）与火山碎屑岩交互出现的地区。层理一般不明显，分选性差。矿体呈透镜状、似层状，多数规模较小，质量不均匀。	丝光沸石岩或丝光沸石与斜发沸石的混合岩型矿石。	大多属高硅沸石类，以钠钙型丝光沸石为主	在稍高温度、盐碱度及水介质的Na⁺、Ca²⁺离子浓度高的情况下，易生成丝光沸石
	前二种成因亚类的过渡类型	河北赤城独石口等	上述二种特征兼而有之。由一套喷溢相—喷发相—沉积相的火山岩与岩层组成。有时见水下沉积特征，并在沉积岩和凝灰岩中有植物化石	上面二种矿石类型兼而有之。	大多属高硅沸石类，上述斜发沸石和丝光沸均有。	上面二种成因兼而有之

资料来源：根据中科院地质研究所苏明迪、戴长录资料编制

除上述分类法外有关单位也针对本省的沸石岩提出过一些成因分类。例如浙江省地质局何英才等同志根据浙江省沸石矿产出情况将浙江沸石岩大致分为以下几种成因类型：（1）火山热液—风化自变质型，又细分为喷发相火山碎屑岩（包括熔结凝灰岩）亚型和喷溢相熔岩亚型；（2）火山—沉积自变型；（3）次火山岩热液—风化自变质型（规模一般不大）；（4）风化壳型（详见何英才写“浙江省沸石地质、评价、应用和展望”一文）。

国内外沸石岩矿床分类法还很多，有的按产出条件、矿物成分和地质成因进行分类，有的按形成条件、成份及与一定岩石组合共生特点进行分类，也有人提出根据沸石岩化学组成及其应用特点进行分类，如钙钠型、钠钙型、钙钾型、钾钙型等，这一分类法虽未完善，但有实际意义，值得进一步探讨。

2．矿床的工业类型

上面讲过，根据矿床的成因，沸石矿床也分为内生沸石矿床和外生沸石矿床两大类型。内生地质条件下，一般不能形成大规模的单矿物的大型矿床，内生成因的沸石为低硅沸石，其工业意义尚待进一步研究。外生沸石矿床，产于沉积岩中的沉积岩型沸石矿床，常常形成大型工业矿床，具有很大的工业价值。外生沸石矿床类型很多，分类的方法也不一致，独联体国家将沉积岩中的沸石矿床，根据形成条件、成分、以及与一定岩石组合共生等特点，划分为四个类型：

1）沉积成岩型

此类型沸石属高硅沸石，主要为斜发沸石和丝光沸石，它们分散在白垩纪和早第三纪的正常海相条件下形成的沉积岩中如细粒砂、硅质粘土、蛋白土、碳酸盐类岩石和磷块岩等，这些岩石中通常富含生物化学成因的氧化硅。

2）凝灰沉积型

此类矿床通常是由碱性偏高的海、湖盆地内的凝灰岩中的火山玻璃转变而成的。沸石为斜发沸石、钙交沸石、丝光沸石、毛沸石及菱沸石等。常形成近单矿物沸石岩的大型矿床。

3）后成型

此类矿床通常发育在中生代的厚层砂岩中，埋深相当大，沸石为浊沸石，间或为杆沸石、钙沸石和其他沸石。浊沸石是由砂岩胶结物和碎屑颗粒（常为钙质斜长石）形成的。

4）风化壳型

此类矿床发育于碱性岩浆岩风化壳的下部层位中，在某些铝土矿矿床中常有小型的沸石矿，沸石为钙交沸石、菱沸石和片沸石等。

自然界中已发现的沸石矿物约有40多种，但目前真正能形成规模较大的工业矿床有：斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石、钙十字沸石等五种。而我国真正被利用的主要是斜发沸石和丝光沸石。

3．矿产的分布情况

目前世界上已有美、日、独联体以及匈牙利等40多个国家发现了沸石矿床，矿床总数达1千个以上，集中分布在环太平洋地区和古地中海地区，仅以独联体和美国而言储量就达20亿吨以上。日本沸石资源丰富，仅山形县板谷地区，沸石矿床储量可达数亿吨。美国有100多个沉积沸石产地，主要分布在西部各州，其中高品级沸石（斜发沸石、菱沸石、毛沸石和钙十字沸石）矿床储量有1.2亿吨，总储量估计约有10亿吨。独联体的沸石普查工作开始较晚，但由于对沸石资源的需要，也加强了沸石矿产的普查找矿，在土库曼、外高加索等地找到了质量良好的20多个沸石矿床。

我国是一个沸石资源丰富的国家，总储量约xx 亿吨，现已发现的沸石岩产地主要分布在我国东部，有浙江、山东、河北、黑龙江、河南、吉林、辽宁、内蒙、广东、广西、福建、安徽、湖北、四川。西部的新疆、西藏也有沸石产地，全国已有21个省、自治区相继发现沸石岩产地150多处。已开采的有50余处。

目前比较著名的矿区（矿山）有：（1）浙江省缙云县老虎头、天井山混合型沸石岩矿区（“混合型”意指同一矿体或同一矿石中由斜发沸石和丝光沸石二者组成的混合型矿床，下同）（2）河北省赤城县独石口斜发沸石岩矿区（3）河北省围场鹿圈斜发沸石岩矿区（4）山东省潍县涌泉庄丝光沸石和斜发沸石岩矿区（5）山东省莱阳县白藤口丝光沸石岩矿区（6）山东省莱西县斜发沸石和丝光沸石岩矿山（7）黑龙江省海林一部落斜发沸石岩矿区（8）黑龙江省嫩江县大石粒子斜发沸石岩矿区（9）河南省信阳上天梯斜发沸石矿区（10）辽宁省北票斜发沸石岩矿山（11）辽宁省彰武县罗锅沟丝光沸石岩矿区（12）吉林省九台县银矿山混合型沸石岩矿区（13）内蒙呼和浩特郊区陶卜齐丝光沸石岩矿山等。

上述矿区中，除浙江省缙云老虎头、天井山矿区及河北省独石口矿区离火车站较远外，其余多数矿区（矿山）均离铁路较近，交通方便。

三、矿床工业指标及产品质量要求

（一）矿床的一般工业要求

在我国，沸石的工业用途尚处于探索阶段，在矿物定量和选矿提纯方面也存在问题，使用的NH₄⁺、K⁺交换量测定方法所存在的干扰因素较多。因此，初步拟定的评价指标为：

（1）边界指标（相当于边界品位）

K⁺交换量≥10mg/g±，或NH₄⁺交换量≥100mmol/100g±（相当沸石总量40%）。

（2）工业指标（相当于最低工业品位）

K⁺交换量≥13mg/g±，或NH₄⁺交换量≥130 mmol/100g±（相当沸石总量55%）。

（3）K⁺交换量<13mg/g，或NH₄⁺交换量>130 mmol/100g的矿石另外圈出，单独计算储量，并尽可能确定沸石矿物的种类。

（4）当K⁺交换量10~13 mg/g，NH₄⁺交换量100~130 mmol/100g±为表外矿。

（5）开采技术条件

最低可采厚度：2m；夹石剔除厚度：≥1m。

（6）其它

①要有一定数量的样品，配合进行X衍射、红外吸收光谱、差热分析、电子显微镜和岩矿鉴定，确定矿石中沸石种类及大致含量。

②结合沸石特点，选择部分代表样品，测定比表面积、孔径、吸附性等物化性能。

③选择一定数量的样品进行化学全分析。

2．我国天然沸石评价建议工业指标（据钱祖廉等）

我国天然沸石品级划分标准见表3。

表 3 我国天然沸石建议工业指标^①

种类	品级	NH₄⁺交换量^② mmol/100g	大致相当的沸石含量，%	可采厚度 m	夹石剔除厚度 m
富矿	特级品（尖端技术级）	>175	>80	1	1
富矿	Ⅰ级品（石油化工级）	140~175	65~80	2	1
中等品位矿石	Ⅱ级品（环保轻工级）	100~140	46~65	2~4	1~2
贫矿	Ⅲ级品（水泥级）	70~100	32~46	2~4	2~4

注：①表中工业指标是按斜发沸石考虑的，丝光沸石也可套用该指标标准。对非建材用沸石除考虑NH₄⁺交换量外，还须根据不同用途对沸石的某些性能提出具体要求。

②NH₄⁺ 交换量为工业品位要求，边界品位可降低10 mmol/100g。

3．沸石矿床工业指标的实例

（1）吉林省九台县银矿山沸石矿

吸铵值：边界指标≥50mmol/100g；工业指标≥70 mmol/100g。可采厚度≥1m，夹石剔除厚度≥2m。

（2）吉林省长春市大顶山沸石矿

吸铵值：边界指标≥50mmol/100g；矿块指标≥70 mmol/100g。可采厚度≥1m，夹石剔除厚度≥2m。

（二）、产品质量要求

国内外有关领域主要从以下几个方面对沸石岩提出要求：

A、沸石的种类：首先要求确定沸石种类，是斜发沸石还是丝光沸石、菱沸石、钙十字沸石、片沸石、毛沸石、方沸石等等。

B、沸石含量：指沸石矿物在沸石岩中的总含量及各种沸石矿物的含量百分比。

C、离子交换能力：如对NH₄⁺、K⁺、Na⁺、重金属离子以及放射性元素Cs²⁺、Rb⁺等的离子交换容量。

D、吸附性能：指吸附CO₂、SO₂、氧化氮尾气（NO_X）、氨（NH₃）、游离CaO、农药、水份等的能力。

E、化学成分：如SiO₂、Al₂O₃、SO₃、表面水等的含量。

F、伴生矿物组分：确定其种类并对其含量提出要求（如对蒙脱石、长石、石英等矿物含量提出要求）。

G、沸石的孔径：不同沸石有不同的有效孔径，能吸附的最大分子也各不相同，例如浙江省缙云县岱石口的天然丝光沸石属于大孔径，能吸附苯分子，其吸苯量为合成大孔径丝光沸石的53%。苏联也曾有按沸石有效直径和最大的吸附分子进行沸石分类。

某些应用领域也可根据本身的需要对沸石孔径提出要求。

我国沸石岩目前主要应用于地方小水泥工业。水泥工业根据本身的特殊需要已制定出新的“用于水泥中的火山灰质混合材料”标准GB2847—81，供有关部门使用，当然也可供地质部门评价时参考使用。标准中规定了三氧化硫含量、火山灰性和水泥胶砂28天抗压强度等指标要求，但并未具体规定出对作为火山灰质混合材料之一的沸石岩的沸石含量或铵离子交换容量的要求。后者（沸石含量或铵离子交换容量）与前者（火山灰性和水泥胶砂28天抗压强度）的对应关系，也正待进一步研究。尽管如此，我国地质部门及其它有关单位（包括一些省建材工业局等）所采用的沸石岩评价指标，仍然主要是铵离子（NH₄⁺）交换容量或沸石含量值，这主要是根据下述理由提出的：A、除水泥工业以外的多数应用（或试验）领域均对沸石岩原矿提出了NH₄⁺ 交换容量或沸石含量方面的工业要求；B、中国科学院地质研究所曾提出沸石含量≥50%的沸石岩可作为水泥用优质混合材；C、各地沸石水泥应用试验和生产的实际成果；D、测定和使用这种指标较简便易行。

四、矿石性质

1、矿石的矿物组成

沸石的矿物组成，除含沸石矿物（如斜发沸石、丝光沸石、菱沸石等其它种类沸石）外，伴生的矿物还有石英、玉髓、蛋白石、方英石、蒙脱石、高岭石、长石、云母、绿泥石等矿物以及晶屑、玻屑和岩屑等。

2、沸石矿物的矿物特征

沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种。按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。

任何沸石都由硅氧和铝氧四面体组成，四面体只能以顶点相连，即共用一个氧原子，而不能“边”或“面”相连，铝氧四面体本身不能相连，其间至少有一个硅氧四面体，而硅氧四面体可以直接相连。硅氧四面体中的硅，可被铝原子置换而构成铝氧四面体。但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷不平衡，使整个铝氧四面体带负电，为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消，一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿，如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金属离子。由于沸石具有独特的内部结构和结晶化学性质，因而使沸石拥有多种可供工农业利用的特性。

沸石的化学组成十分复杂，因种类不同有很大差异，沸石的一般化学式为：A_mB_pO_2p·nH₂O，结构式为A_x/q[(AlO₂)_x(SiO₂)_y]nH₂O，其中：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si，q为阳离子电价，m为阳离子数，n为水分子数，x为Al原子数，y为Si原子数，y/x通常在1~5之间，(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。

例如斜发沸石的化学式为：(Na、K、Ca)_2-3[Al₃(Al、Si)₂Si₁₃O₃₆] ·12H₂O，

丝光沸石化学式为：Na₂Ca[AlSi₅O₁₂]₄·12H₂O。

我国部分地区沸石岩化学成分见表4。

表 4