行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
計畫類別：個別型計畫
計畫編號：NSC 89-2116-M-002-043
執行期間：89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日
計畫主持人：羅煥記
計畫參與人員：陳耀麟 李麗君 陳惠芬 林義傑
執行單位：台灣大學地質科學研究所
中 華 民 國 90 年 10 月 30 日
N
2O-CaO-Al
2O
3-SiO
2系合成沸石之研究：
（二）albite-anorthite-SiO
2系合成沸石
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
計畫名稱：
N
2O-CaO-Al
2O
3-SiO
2系合成沸石之研究：
（二）albite-anorthite-SiO
2系合成沸石
計畫編號：NSC 89-2116-M-002-043
執行期間：89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日
計畫主持人：羅煥記
計畫參與人員：陳耀麟 李麗君 陳惠芬 林義傑
執行單位：台灣大學地質科學研究所
一、摘要 本實驗以 albite-anorthite-SiO2 系 的合成玻璃為材料，在鹼性溶液中（分 別用 NaCl 與 NaOH 之混合溶液和 Na2CO3溶液），進行鈉鈣沸石的合成研 究 。 實 驗 在 飽 和 蒸 汽 壓 反 應 器 中 進 行，溫度在 100°∼ 200℃間，溶液濃 度為 0.1 ∼ 1 M, 時間為 1 ∼ 60 天。 實 驗 結 果 顯示 ， 含鈉 高的斜長 石，在海洋與鹽湖環境下，易形成方 沸石，p-沸石及菱沸石，如含高鈉的斜 長石的岩石在蝕變過程中提供二氧化 矽時，有利於絲光沸石的形成，此與 野外觀察吻合。含鈣高的斜長石在海 洋環境下易形成桿沸石與 garronite，在 鹽湖環境下則易形成 p-沸石，水鈣沸 石及 gobbinsite，此等沸石常見於玄武 岩中。含鈣高的斜長石的岩石，在蝕 變過程中提供二氧化矽時，有利於形 成交沸石。 關鍵詞：斜長石，方沸石，p-沸石，菱 沸石，桿沸石，絲光沸石，交沸石Abstract
Synthetic glasses with the compositions of albite-anorthite-SiO2
system were used as starting materials to synthesize zeolites in alkaline solutions ( NaCl and NaOH mixied solution and Na2CO3 solution ). Experimental
conditions were set as: vapor pressures, 100°∼ 200℃, solution concentrations of 0.1 ∼ 1M, and 1 ~ 60 days.
Experimental results are as follows. Firstly, Na-rich plagioclases are easy to transform to analcime, p-zeolite and chabazite, but they are ready to transform to mordenite when sufficient amount of silica can be supplied from the plagioclase-bearing rocks during their alteration in marine or salt lake environment. This is agreed with field observations. Secondly, thomsonite and garronite, and p-zeolite, gismondine and gobbinsite are easy to be synthesized from Ca-rich plagioclases in marine and salt lake environments, respectively, harmotome is favored to form when sufficient amount of silica can be supplied from alteration of Ca-rich plagioclase-bearing rocks in marine and salt lake environments
Keywords: plagioclase, analcime, p-zeolite, chabazite, thomsonite, mordenite, harmotome 二、緣由與目的 N2O-CaO-Al2O3-SiO2系，包括了 鈉 沸 石 （ Na-zeolites ）， 鈣 沸 石 （ Ca-zeolites ） 及 鈉 鈣 沸 石 （Na-Ca-zeolites）等重要沸石。前述 沸石約佔天然沸石的 2/3。因此，此系 對研究沸石非常重要，本研究乃以此 系用天然條件做合成實驗來探討沸石 的 成 因 。 前 述 系 統 ， 可 分 為 N2O-Al2O3-SiO2， CaO-Al2O3-SiO2 及
N2O-CaO-Al2O3-SiO2 等三系來研究。 本計畫即以前二系為研究對象。 本計畫模擬天然條件，以玻璃和 天然水（海水和鹽湖水）反應來合成 沸石，目的在了解天然沸石的形成與 岩石中鈉長石和鈣長石的關係。 三、結果與討論 N2O˙Al2O3˙6 SiO2（即鈉長石 的成份）的合成玻璃為材料，在鹼性 溶液【分別用 NaCl 與 NaOH 之混合液 （代表海水）與 Na2CO3溶液（代表鹽 湖水）】，濃度 0.1 ~ 1M, 100°~ 200 ℃，飽和蒸汽壓及時間 1 ~ 60 天的條 件下，合成方沸石（analcime）與 p-沸石（zeolite p），但以方沸石為主。合 成沸石種類，不隨溫度，溶液濃度及 時間等條件而改變。 CaO˙Al2O3˙2 SiO2（即鈣長石 的成份）的合成玻璃為材料，在與上 述 相 同 的 實 驗 條 件 下 ， 在 NaCl 與 NaOH 混 合 溶 液 中 合 成 桿 沸 石 （thomsonite），Na2CO3溶液中合成 p-沸石（180℃）與水鈣沸石（gismondine） （150℃）。
玻 璃 成 份 為 Ab(NaAlSi3O8) n1An(CaAl2Si2O8) n2SiO2（n 1 = 0.8, 1.0, 2.5, 4.0; n2 = 0, 2.0, 4.0, 16.0）, 在與上 述相同的實驗條件下，n 1 = 0.8, 1.0, n2 = 2.0, 4.0 時，合成方沸石，p-沸石及菱 沸石（chabazite），n2 = 16.0 時，合成 絲光沸石（mordenite）。n 1 = 2.5, 4.0, n2 = 2.0, 4.0 時，在 NaCl 與 NaOH 溶液中 合成桿沸石與 garronite，在 Na2CO3溶 液 中 合 成 p- 沸 石 ， 水 鈣 沸 石 及 gobbinsite。 本研究顯示，鈉含量較高的斜長 石，在海洋與鹽湖環境下，易形成方 沸石，p-沸石及菱沸石，如果含高鈉的 斜長石的岩石在蝕變過程中提供二氧 化矽時，有利於絲光沸石的形成，此 與野外觀察吻合（Hay, 1966; Surdam and Sheppard, 1978; Lo, 1987 ）。 Gmelinite 則須 Na2O 含量較高的環境
下形成（Senderov and Khitarov, 1971; Barrer and Mainwaring, 1972）。
高鈣的斜長石在海洋環境下易形 成桿沸石與 garronite，在鹽湖環境下則 易 形 成 p- 沸 石 ， 水 鈣 沸 石 及 gobbinsite。此等沸石常見於玄武岩中 （ Iijima and Harada, 1969; Betz, 1981）。含鈣高的斜長石的岩石，在蝕 變過程中提供二氧化矽時，有利於形 成 交 沸 石 ， 如 見 於 玄 武 質 砂 岩 中 （Sheppard and Gude, 1983）。
四、成果自評 （一） 研 究 內 容 完 全 依 計 畫 進 行。 （二） 預期目標已完全達成。 （三） 本研究成果可發表於國際 優良期刊。 五、參考文獻
Barrer, R. M. and Mainwaring, D. E. (1972) Jour. Chem. Soc. Dalton Trans., 2534-2546.
Betz, V. (1981) Min. Record, 12, 5-26. Hay, R. L. (1966) GSA special papers,
85, 130pp.
Iijima, A. and Harada, K. (1969) Am. Min., 54, 182-197.
Lo, H. J. (1987) Mem. Geol. Soc. China, 8, 205-228.
Senderov, E. E. and Khitarov, N. I. (1971) Am. Chem. Soc. Adv. Chem. Ser. 101, 149-154.
Sheppard, R. A. and Gude, A. J. 3rd (1983) Clays and Clay Minerals, 31, 57-59.
Surdam, R. C. and Sheppard, R. A. (1978) Natural Zeolites, Pergamon, Oxford, 145-174.
