沸石族

     与前述长石、似长石相比，沸石族矿物为含水的架状铝硅酸盐，一般化学式为A_mX_pO_2p·nH₂O，其中A=Na、Ca、K和少量的Ba、Sr、Mg等；X=Si、Al，四面体位置上的Al∶Si≤1(约为1∶5到1∶1)。沸石族矿物的化学组成可以在相当大范围内变化，使得许多沸石只能给出近似的化学式。沸石的晶体结构与其它架状硅酸盐差别很大，沸石结构中具有宽阔的空洞和较宽的通道，并被Na、Ca、K等离子和水分子——沸石水所占据。在沸石结构中具有次级结构单位SBU(secondarybuildingunits)，系由原始结构单位［SiO₄］、［AlO₄］四面体演化而来。不考虑结构中四面体的形状，只将每个四面体中Si或Al的位置互相连接起来，便构成次级结构单位，形成各种简单的环或双环或更为复杂的结构单位。这些次级结构单位在晶体结构中组成一定形状的多面体空间，构成所谓的笼。相邻的笼可以通过次级结构彼此联结，形成各种不同形式的通道。这种通道体系有3类：

(1)一维信道各方向的信道彼此不相通。如方沸石的信道，平行{111}。

(2)二维信道如丝光沸石中的信道体系，由平行c轴、b轴的两种信道互相联通而成。

(3)三维通道三个方向互相联通的通道。分为等径的与不等径的两种。如菱沸石中的信道为三维等径通道体系，钙十字沸石中为三维不等径通道体系。

各种沸石结构之间的差别在于它们持有笼的形状大小和通道体系不同。沸石的晶体结构特点决定了它具有广泛的工业应用：

(1)沸石作为离子交换材料：位于笼和通道内的阳离子(Na、K、Ca等)，由于与硅铝氧骨干联系力弱，可被其它阳离子(如Mg、Sr、Ba、Cu、Zn、Ni、Ag、La等)置换而不破坏晶格。并且由于阳离子并未将空洞完全填满，因而像Ca²⁺(Na⁺，K⁺)那样不等数目的离子交换也可发生。因此，通过沸石提供的2Na⁺来交换Ca²⁺，使得原来含Ca²⁺较高的硬水软化，也可以淡化海水或从海水中提取K，可用于废水处理，除去废水中的放射性元素、重金属离子和氨态氮(NH₃N)及磷酸根等有害离子。据研究通过熔化沸石可将¹³⁷Cs、⁹⁰Sr长久固定在沸石晶格内(流失1％需要500年时间)，以防止扩散污染，甚至可以回收使用。

(2)沸石作为分子筛：当加热时，笼和通道中的水分子逐渐逸出，并不破坏晶体结构，在适当条件下还可以再重新吸水，这种形式的水叫沸石水。当水分子被排除后，笼和通道内的剩余电荷可以吸附外来液、气体分子(如NH₃、CO₂、H₂S、SO₂等)，直径比通道小的分子可以进入信道而被吸附，直径比通道大的则被拒之门外，从而对分子起着筛选的作用。利用沸石的分子筛性可分离混合气体、液体，清除废气，处理天然气等，还可用于土壤的改良，即将营养料吸附于沸石晶格中不易于流失而只被作物缓慢吸收。

此外，也可以用于水泥、建材工业上，制成坚固轻巧的制品。由于沸石矿的广泛应用，天然产出的沸石已经不能满足需要，目前采用火山岩(珍珠岩、流纹岩、白榴岩)及粘土岩合成沸石，也可用矿物如用高岭石、叶蜡石等合成沸石，这已形成很有经验的生产流水线了。另外，还可用离子交换法对沸石进行改型，使之改型为Ca型、K型、Na型等，以适合于不同的工业应用。各种沸石形态、物性相差不大，都为纤维状、束状、柱状、板状、也有一部分为粒状；多为无色或白色，因含杂质而染成其它颜色，或因阳离子交换后，有色素离子的进入而染色。有的沸石有发旋旋光性。与无水架状硅酸盐相比，具有相对密度轻(一般在1.9～2.3)、硬度低(一般为3.5～5.5)、折射率低及易分解的特点。一般都有一组完全解理。

天然沸石最早是在玄武岩中发现的。现已知主要产于未受变质的沉积岩层中，尤其是火山碎屑的沉积岩层中。在土壤中也有产出。此外也可作为某些硅酸盐矿物次生产出。已知天然沸石大约有36种，人造沸石已经超过100种。这些沸石矿物种分布数量上极不均衡，且不易鉴别，需借助于X射线、光学显微镜、差热、红外光谱等方法确定。代表性的矿物种有，丝光沸石(Mordenite)(又称发光沸石)(Na₂，K₂，Ca)₂［AlSi₅O₁₂］₄·12H₂O、方沸石(Analcite)Na₂［AlSi₂O₆］₂·2H₂O、片沸石(Heulandite)(Ca，Na²)［Al₂Si₇O₁₈］·6H₂O、钙十字沸石(Phillipsite)(K₂，Na₂，Ca)［AlSi₃O₈］₂·6H₂O、菱沸石(Chabazite)(Ca，Na₂)［AlSi₂O₆］₂·6H₂O等。