沸石的人工合成

permutite 稱人造沸石，也叫合成Zeolite。是人工合成的無(wú)機(jī)離子交換劑，可用于水的軟化、海水脫鹽和純水制造等。有碳酸鈉、苛性鉀、長(zhǎng)石、高嶺石等混合并熔融后制得的具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。因其功能與天然沸石相似，故稱人造沸石，也叫合成沸石。

我國(guó)合成沸石的研究工作開展較晚,1959年,首次合成了A型、X型、Y型沸石分子篩。此后,我國(guó)的合成沸石工業(yè)逐步走上了自己發(fā)展的道路,合成沸石的類型和產(chǎn)量在不斷提高,目前,有些工藝已達(dá)到先進(jìn)水平。

據(jù)美國(guó)《化學(xué)市場(chǎng)報(bào)道》,PQ公司是全球洗滌劑用沸石的最大廠商,約占全球14%的市場(chǎng)份額。最近PQ公司沸石產(chǎn)品部業(yè)務(wù)經(jīng)理預(yù)測(cè),全球沸石市場(chǎng)將保持健康穩(wěn)定發(fā)展。

目前,合成沸石的市場(chǎng)銷售額約17億美元。沸石的主要用途是洗滌劑和催化劑。盡管催化劑的沸石用量少于洗滌劑的用量,居第2位,但按價(jià)值計(jì),它占有沸石市場(chǎng)最大的份額,大約為市場(chǎng)總消費(fèi)額的55%。據(jù)斯坦福研究所(SRI)分析,幾乎所有的催化劑沸石都用于煉油和合成石化產(chǎn)品,其中流化床催化裂化(FCC)催化劑就占總消費(fèi)量的95%以上,只有少量用于加氫催化和化學(xué)合成在北美、西歐和日本,運(yùn)輸車輛用燃料需求不景氣,催化劑沸石的需求增長(zhǎng)基本停滯。相反在發(fā)展中國(guó)家,運(yùn)輸車輛用燃料需求在上升,催化劑沸石的需求也隨之增加。隨著亞洲經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇,這一地區(qū)的需求將進(jìn)一步趨向強(qiáng)勁。北美是FCC催化劑的最大生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng),其FCC催化劑生產(chǎn)能力約15.5萬(wàn)噸/年,消費(fèi)量約8萬(wàn)噸/年,其多余品出口外銷。出于環(huán)境保護(hù)的要求,沸石在催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的發(fā)展。為了避免有關(guān)非再生催化劑(如氯化鋁、聚磷酸等)的處理問題,在合成乙苯和異丙苯這類有機(jī)化合物的生產(chǎn)中,人們更愿意采用沸石催化劑,美國(guó)采用固體磷酸技術(shù)的大部分異丙苯裝置已改造使用沸石技術(shù)。

洗衣粉占有沸石營(yíng)業(yè)額的最大部分。在日本和美國(guó),含沸石助劑的洗衣粉實(shí)際上已完全取代了含磷酸鹽的洗衣粉;在歐洲,含沸石的洗衣粉也占有大部分市場(chǎng)。市場(chǎng)需求的猛增導(dǎo)致美國(guó)、歐洲、中國(guó)臺(tái)灣、泰國(guó)等大規(guī)模新建沸石生產(chǎn)裝置。目前北美、西歐和日本沸石生產(chǎn)能力已出現(xiàn)過剩,日本過剩問題最為嚴(yán)重。為此,一些生產(chǎn)公司正在開發(fā)新沸石產(chǎn)品品種和拓展沸石用品的新市場(chǎng)。

開拓的應(yīng)用市場(chǎng)包括CFC代用品、密封絕緣(隔熱)玻璃、吸附劑、干燥劑環(huán)保用品等諸多領(lǐng)域。在開拓新應(yīng)用市場(chǎng)方面,合成沸石用于密封絕緣玻璃增長(zhǎng)最快。這種建筑用新玻璃采用兩塊玻璃之間形成空氣密封的夾層,夾層內(nèi)用沸石除去空氣中水分,以達(dá)到絕緣(隔熱)的目的。此外,合成沸石作為干燥劑用于CFC、用于捕集揮發(fā)性有機(jī)物和作為吸附劑用于空氣分離制氧和氫的需求也都在增長(zhǎng)。目前全球吸附和干燥用合成沸石的需求量約為9萬(wàn)~10萬(wàn)噸/年。

根據(jù)使用原料的不同,沸石的人工合成方法大致可分為兩類:

水熱合成法和堿處理法。

這兩種方法的操作工序基本上是相同的,它們均包含原料制備、配料成
膠、加熱晶化、洗滌、交換、成型、烘干和活化等步驟。