向陽雲母水熱合成沸石及似長石礦物研究*

Hydrothermal Synthesis of Zeolite and Feldspathoid Minerals fromHsiang-Yang Mica

何 宗 祐 1 ■雷 大 同 2

T. Y. Ho1 D. T. Ray2

本研究以向陽雲母粉原樣、珠磨機研磨樣、>10 μm及<2 μm之分級樣為起始原料，以 NaOH 為礦化劑，在 240ºC 進行水熱反應。NaOH 之濃度可分為三個範圍，在各範圍中，四種原料均有相同之優勢沸石或似長石類礦物產物。[NaOH]≤1M 為方沸石， 1M <[NaOH]<5M 為氫氧鈣霞石，[NaOH]≥5M 為氫氧方鈉石。>10 μm 分級樣，含 70%葉蠟石，30%絹雲母，較易合成氫氧鈣霞石；<2 μm 分級樣，含 75%絹雲母，25%葉蠟石，較易合成氫氧方鈉石。在低 NaOH 濃度之條件下，葉蠟石繞繞射峰之消失速率均較絹雲母快，顯示葉蠟石較絹雲母容易進行水熱反應。NaOH 濃度增高後，二者之之鹼溶程度趨於相近，反應速率即無區分。

關鑑詞：絹雲母，葉蠟石，水熱反應，沸石，似長石礦物

In this study, four Hsiang-Yang mica powders, asreceived, ground in a beads mill, classified as >10 μm and <2 μm samples, were tested in hydrothermal re-actions. Each of these samples was mixed and reactedwith NaOH of three ranges of concentration at 240ºC.For each NaOH concentration range, the four Hsiang-Yang mica powders had the same dominant zeolite orfeldsparthoid mineral products. For [NaOH]≤1M, theproduct is analcime, for 1M<[NaOH]<5M, hydroxy-cancrinite and for [NaOH]≥5M, hydroxysodalite.Hydroxycancrinite can be easily synthesized from >10μm sample, which is composed of 70% pyrophylliteand 30% sericite, while hydroxysodalite can be easilysynthesized from <2 μmsample, which is composed of70% pyrophyllite and 30% sericite. At low NaOHconcentrations, pyrophyllite always disappeared at afaster rate than sericite, indicating pyrophyllite is morereactive than sericite. At high NaOH concentrations,there is no significant difference in reaction ratebecause the dissolution behaviors of the two mineralsbecome similar.

Keywords: sericite, pyrophyllite, hydrothermalreaction, zeolite, feldspathoid minerals.

壹、前 言

向陽雲母礦位於台東縣海端鄉利稻村西北方約 2 公里處，屬絹雲母-葉蠟石-石英片岩型

礦床，為台灣地區唯一自片岩中生產雲母粉的礦場，礦床以 25%雲母量計算，總儲量為 3,000

萬噸，可採礦量達 1,500 萬噸(1-3)，近十年來年平均產量約有 5 千噸左右(4)，唯 98 年莫拉克颱

風造成災害，使產量銳減，目前正進行恢復作業中，是國內最具經濟價值之工業礦物之一，產

量以世界排名平均亦在十名左右(5)，可謂台灣地區非常獨特之天然資源。向陽雲母礦以露天方

式開採，經水力分級選礦，分出細粒部份之產品稱為雲母粉，以絹雲母(KAl2(AlSi3)O10(OH)2)

及葉蠟石(Al2Si4O10(OH)2)為主要組成礦物，二者重量比例約為 3：2，另含少量綠泥石。向陽

雲母之礦物分佈研究顯示，絹雲母集中在細粒範圍，葉蠟石則集中在粗粒範圍(6)。向陽雲母水

國立成功大學資源工程學系 1研究生；2副教授1 Graduate Student; 2 Associate Professor, Department of Resources Engineering, National Cheng Kung University.

鑛冶 56/2 -37-

熱反應研究發現，以 Na2SiO3 為礦化劑可合成方沸石(7,8)，對水中重金屬離子之吸附有應用潛

力(9)。本研究持續進行水熱反應試驗，礦化劑改為 NaOH，除雲母粉原樣外，再增加以珠磨機

處理研磨樣、以沉降分級所得之>10 μm 及<2 μm分級樣等，共四種起始原料，探討起始原

料性質、反應溫度、礦化劑濃度、持溫時間對產物相的影響。

貳、實 驗

2.1 實驗材料

(1)雲母粉 本研究所用之樣品係原礦開採後，經水力分級洗選之市售產品，粒徑細於

400 號篩徑，稱雲母粉原樣。雲母粉原樣之 X 光繞射圖型示於圖 1，可知雲母粉原樣之主要組

成礦物為絹雲母及葉蠟石，另含少量綠泥石；原樣之 SEM 照片如圖 2 所示，圖中標示 S 及 P

分別為絹雲母及葉蠟石；以安德利森瓶量測之粒徑分佈示於圖 3，顯示符合 Gates-Gaudin-

Schuhmann 分佈函數 P=(X/Xmax)k 之描述，其粒徑模數 Xmax 為 11 μm，分佈模數 K 為 0.87，

d50 為 5 μm；DTA、TG、DTG 熱分析(Netzsch STA 409 PC)曲線示於圖 4，顯示層間束縛水在

175ºC 左右揮發，結晶水則在 400ºC-700ºC 之間脫離，950ºC 之吸熱反應為雲母結構之轉變。

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

2θ(degree)

CpS

圖 1 雲母粉原樣之 X 光繞射圖型。

P

S

葉蠟石Pyrophyllite

絹雲母Sericite

S

圖 2 雲母粉原樣之之 SEM 照片。

PARTICL E SIZE (µm )

CU

MU

LA

TIV

EFI

NE

R(%

)

Xmax= 11µm

d50

50

圖 3 雲母粉原樣之粒徑分佈(條件：固體1 wt%，pH=7)。

圖 4 雲母粉原樣之 DTA、TG、DTG 曲線(升溫速率：20ºC/min)。

-38- 鑛冶 56/2

雲母粉原樣以珠磨機 ( D r a i s

PML-H/V& RSV-L1.5)研磨 1hr 為研磨

樣，以沉降方式分級選出>10 μm及<2

μm部分為分級樣，原樣、研磨樣、>10

μm及<2μm分級樣之 X 光繞射圖型示

於圖 5，其 d50 粒徑及比表面積列於表

1。因絹雲母(由鉀雲母及鈉雲母組成)

含 K、Na，葉蠟石則否，因此原料中絹

雲母之含量可由 K、Na 之含量推估，

表2為雲母粉原樣及各粒徑區間樣品之

K、Na 分析，由分析值估算，原樣中絹

雲母之含量為 62%，>10 μm部份絹雲

母之含量為 30%，亦即葉蠟石之含量達

70%，<2μm部份絹雲母之含量為 75%。 圖 5 雲母粉原樣、研磨樣、>10 μm與<2μm分級樣之 X 光繞射圖型。

雲母粉原樣經研磨及分級處理後，各起始原料相互間性質之異同如下：(1)原樣與研磨樣

礦物組成相同，粒徑前者粗，後者細；(2)>10 μm與<2 μm分級樣礦物組成不同，粒徑前者

粗，後者細；(3)研磨樣與<2μm分級樣礦物組成不同，二者粒徑均細。

表 1 起始原料之 d50及比表面積。

樣品 雲母粉原樣 研磨樣 >10μm分級樣 <2μm分級樣

d50(μm) 5 0.4 - -

比表面積(m2/g) 5.05 51.74 1.052 17.38

表 2 分級後雲母粉 K、Na 分析及絹雲母含量計算。

樣 品 重量(%)K

(mg/g)鉀雲母含量(%)

Na(mg/g)

鈉雲母含量(%)

絹雲母含量(%)

雲母粉 100 50.05 50.99 6.79 11.29 62.28

>20μm 5.7 13.53 13.78 2.37 3.94 17.72

20-15μm 3.5 19.24 19.60 2.74 4.56 24.16

15-10μm 10.0 30.42 30.99 4.22 7.01 38.00

10-7.5μm 10.1 49.44 50.37 5.81 9.66 60.03

7.5-5μm 18.2 61.83 62.99 6.88 11.44 74.43

5-2.5μm 26.0 71.80 73.14 8.16 13.56 86.70

2.5-1μm 14.6 64.13 65.33 8.34 13.87 79.20

<1μm 12.0 54.03 55.04 9.74 16.19 71.23

<0.5μm 6.8 50.30 51.24 11.04 18.35 69.58

註：鉀雲母 K=98.16 mg/g；鈉雲母 Na=60.15 mg/g

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(2)礦化劑 水熱反應實驗所用之礦化劑 NaOH 為 Merck 公司 Guaranteed reagent 級。

2.2 實驗設備及步驟

(1)設備 水熱反應是在 Milestone Inc. (Italy)之 Ethos D 微波消化器中進行，微波波長為

4.5 GHz，最大供應功率為 990W；反應槽為鐵弗龍材質之 HTR- 300/6S 高溫型容器，容積 65

ml。

(2)步驟 秤取 1.0 g 之樣品，與 15 ml 不同濃度之 NaOH 溶液混合(固/液比=1/15)，置於

反應槽中，加封蓋並以扭力扳手(設定扭力為 27.5 N·m)鎖緊，放入微波消化器中，以微波加

熱升溫至設定之溫度，並在該溫度維持一定時間。反應結束後，等候約 1 hr 冷卻至室溫，取出

反應槽，將固/液混合物過濾，固體以去離子水清洗數次，除去殘餘化學藥劑，烘乾，以 X 光

粉末繞射儀(Siemens D5000)鑑定產物之礦物相，以 SEM (Hitachi S-3000N)觀察產物晶粒。

參、結果與討論3.1 反應溫度對水熱反應及產物之影響

將雲母粉原樣、研磨樣、>10 μm及< 2 μm分級樣，與 1M、3M 及 6M 之 NaOH 溶液混

(a) (b)

(c) (d)

圖 6 不同溫度水熱反應產物之 XRD 圖型：(a)原樣；(b)研磨樣；(c)>10μm分級樣；(d)<2μm分級樣([NaOH]=1M，無持溫)。

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合，加熱至 150ºC、180ºC、210ºC 及 240ºC 後立即降溫，亦即以不持溫方式進行水熱反應，產

物之 X 光繞射圖型，分別示於圖 6(a)-6(d)、圖 7(a)-7(d) 及 圖 8(a)-8(d)。

圖 6 為[NaOH]=1M 之水熱反應結果，在 180ºC 以下，四種原料中之絹雲母與葉蠟石繞射

峰均無明顯變化，顯示反應尚未開始；在 210ºC，絹雲母與葉蠟石繞射峰開始降低，方沸石

(analcime，Na6(AlSi2O6)6·6H2O)出現；溫度升至 240ºC，絹雲母繞射峰仍明顯可見，葉蠟石繞

射峰則幾乎消失，方沸石繞射峰持續增高。以上結果顯示，溫度須達 210ºC 以上，水熱合成新

礦物之反應方能有效進行，但因鹼度低，即使在 240ºC，反應亦尚未完成。

圖 7 為[NaOH]=3M 之水熱反應結果，NaOH 濃度提高，反應開始溫度及產物均有改變。

原樣及>10 μm分級樣之反應過程與[NaOH]=1M 者類似，在 180ºC 以下，絹雲母與葉蠟石繞

射峰均無明顯變化；在 210ºC，絹雲母與葉蠟石繞射峰開始降低，但出現的新礦物相是氫氧鈣

霞石(hydroxycancrinite，Na8(AlSiO4)6(OH)2·2H2O)；溫度升至 240ºC，絹雲母繞射峰減至極小

量，葉蠟石繞射峰已消失，氫氧鈣霞石繞射峰則繼續增高。對於研磨樣，在 150ºC 即可見氫

氧鈣霞石之繞射峰，較原樣及>10 μm分級樣者低約 60ºC；在 240ºC，絹雲母及葉蠟石完全消

失，顯示反應已接近完成；對於<2 μm分級樣，溫度方面的變化與研磨樣相同，但產物為氫氧

(a) (b)

(c) (d)圖 7 不同溫度水熱反應產物之 XRD 圖型：

(a)原樣；(b)研磨樣；(c)>10μm分級樣；(d)<2μm分級樣([NaOH]=3M，無持溫)。

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方鈉石(hydroxysodalite，Na8(AlSiO4)6(OH)2)，與其他三原料之產物不同，亦即在 150ºC 出現氫

氧鈣氫氧方鈉石；在 240ºC 反應接近完成。

圖 8 為[NaOH]=6M 之水熱反應結果，當 NaOH 濃度繼續增高，反應開始溫度及產物

再度改變。對於雲母粉原樣，在 150ºC 絹雲母與葉蠟石繞射峰降低，顯示僅為礦物溶解；溫

度至 180ºC，絹雲母與葉蠟石繞射峰開始大幅降低，新礦物相氫氧方鈉石出現，出現溫度較

[NaOH]=3M 者降低 30ºC；至 240ºC，絹雲母與葉蠟石繞射峰已消失，反應接近完成，產物仍

為氫氧方鈉石；>10 μm分級樣在溫度方面的反應變化與原樣相同，即在 180ºC，出現氫氧方

鈉石，但同時亦出現氫氧鈣霞石，一直到 240ºC，二者皆同時並存；對於研磨樣及<2 μm分級

樣，在 150℃氫氧方鈉石之繞射峰即相當明顯，因此反應開始溫度應低於 150℃；在 210℃反應

已接近完成，顯示開始及完成反應的溫度均較[NaOH]=3M 者低約 30ºC。

由圖 6 至圖 8 之結果，進一步討論起始原料之礦物組成及粒徑對水熱反應之影響：(1)觀

察>10 μm樣之水熱反應過程(圖 6(c)、7(c)及 8(c))，可見葉蠟石繞射峰之降低及消失，均較

絹雲母快速，顯示葉蠟石為極易鹼溶及經由水熱反應而轉變的礦物。(2)當[NaOH]=3M，<2

μm樣之產物為氫氧方鈉石，與其它三原料不同，由於 < 2 μm樣之礦物組成為 75% 絹雲母，

(a) (b)

(c) (d)圖 8 不同溫度水熱反應產物之 XRD 圖型：

(a)原樣；(b)研磨樣；(c)>10μm分級樣；(d)<2μm分級樣([NaOH]=6M，無持溫)。

-42- 鑛冶 56/2

顯示絹雲母與氫氧方鈉石有特殊之反應關聯；當[NaOH]=6M，>10 μm樣之產物為混合之氫氧

方鈉石及氫氧鈣霞石，其它三原料均為氫氧方鈉石，由於>10 μm樣之礦物組成為 70%葉蠟

石，顯示葉蠟石與氫氧鈣霞石有特殊之反應關聯。(3)起始原料之粒徑細，對原料之溶解、反

應開始及完成之溫度均有正面影響，例如：在[NaOH]=1M，在 180 ºC 雖無反應進行，但比較

研磨樣、<2 μm樣及原樣、>10 μm樣中絹雲母及葉蠟石繞射峰高，可知已發生礦物之溶解；

在[NaOH]=3M，研磨樣及<2 μm樣，在 150ºC 即出現新礦物相(氫氧鈣霞石或氫氧方鈉石)，

較原樣及>10 μm樣低約 60ºC；在 240ºC，反應已接近完成，而原樣及>10 μm樣仍在進行反應

中；在[NaOH]=6M，研磨樣及<2 μm分級樣，在 150ºC 新礦物相(氫氧方鈉石)之繞射峰即相

當明顯，反應開始溫度應低於 150ºC，較原樣及>10 μm樣低 30ºC 以上；在 210ºC 反應已接近

完成，亦較原樣及>10μm樣低約 30ºC。

3.2 NaOH 濃度對產物之影響

雲母粉原樣、研磨樣、>10 μm及<2 μm分級樣，分別添加不同濃度 NaOH，固/液比為

1/15，在 240ºC 進行水熱反應 2 hr，產物之 X 光繞射圖型示於圖 9(a)-9(d)。

參考雲母粉原樣之水熱反應產物，顯示 NaOH 之濃度可以 1M 及 5M 為界線([NaOH]=1M

(a) (b)

(c) (d)圖 9 不同 NaOH 濃度水熱反應產物之 XRD 圖型：

(a)原樣；(b)研磨樣；(c)>10 μm及(d)<2 μm分級樣(240ºC，持溫 2 小時)。

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為方沸石/氫氧鈣霞石界線，[NaOH]=5M 為氫氧鈣霞石/氫氧方鈉石界線)，分為三個範圍，

各範圍內有其優勢之產物，即[NaOH]≤1M，為方沸石，1M<[NaOH]<5M，為氫氧鈣霞石，

[NaOH]≥5M 為氫氧方鈉石。

方沸石、氫氧鈣霞石、氫氧方鈉石之 Si/Al 比分別為 2、1 及 1，由 3.1 節結果得知，在

低 NaOH 濃度(≤1M)下，葉蠟石較絹雲母容易鹼溶，因而先進行水熱反應，葉蠟石之 Si/

Al 比亦為 2，因而產物為方沸石；在高 NaOH 濃度下，葉蠟石及絹雲母之鹼溶程度趨於相

同，絹雲母之 Si/Al 比為 1，而使原料之總 Si/Al 比減小，因而產物為氫氧鈣霞石及氫氧方鈉

石。再檢視氫氧鈣霞石及氫氧方鈉石之自由水含量，分別為 2 及 0，通常水熱反應之溫度越

高，產物之自由水含量越少，在定溫下增加鹼度，其效應相當於在固定鹼度下反應溫度之

提高(10)，因此在 1M<[NaOH]<5M，為氫氧鈣霞石，而在[NaOH]≥5M 為無自由水之氫氧方

鈉石。

上述產物類別之濃度分界線，係依雲母粉原樣之水熱反應結果劃定，若起始原料之粒徑及

礦物組成改變，則分界線亦隨之調整變動，茲分別闡述如下：(1)研磨樣的特徵為粒徑細，其

鹼溶程度應較高，因此即使在[NaOH]=1M，除方沸石外尚出現氫氧鈣霞石，在[NaOH]=5M，

(a) (b)

(c) (d)

圖 10 不同持溫時間水熱反應產物之 XRD 圖型：(a)原樣；(b)研磨樣；(c)>10μm分級樣；(d)<2μm分級樣( [NaOH]=1M，240ºC)。

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原樣產物中尚有少量氫氧鈣霞石，研磨樣已完全是氫氧方鈉石，對於研磨樣，其方沸石/氫

氧鈣霞石及氫氧鈣霞石/氫氧方鈉石界線同時下移。(2)>10 μm分級樣的特徵為以葉蠟石為主

且粒徑粗，但葉蠟石之鹼溶及水熱反應特性佳，粒徑粗似不影響其溶解，當[NaOH]=1M，與

原樣者相同，為方沸石；而當[NaOH]=5M，仍為氫氧鈣霞石，不若原樣已轉變為氫氧方鈉

石，甚至在[NaOH]=6M，仍為氫氧鈣霞石與氫氧方鈉石之混合，亦未全部轉變為氫氧方鈉

石，此乃因前述葉蠟石與氫氧鈣霞石有特殊反應關聯之影響，而使氫氧鈣霞石/氫氧方鈉石之

界線上移，因此氫氧鈣霞石之穩定範圍擴大。(3)<2 μm分級樣的特徵為以絹雲母為主且粒徑

細，粒徑細有助於其鹼溶程度，因此方沸石的穩定鹼度範圍可能下降，致使在[NaOH]=1M，

產物大多已自方沸石轉變為鋁矽酸鈉水合物，又因絹雲母與氫氧方鈉石有特殊之反應關聯，

[NaOH]=4M 時，已完全是氫氧方鈉石，氫氧鈣霞石/氫氧方鈉石之界線可能下移至 3M 以

下，而方沸石(或鋁矽酸鈉水合物)/氫氧鈣霞石之界線不變，因此氫氧鈣霞石之穩定範圍受到

壓縮。

3.3 持溫時間對產物之影響

上節中的產物係在 240ºC，持溫 2 hr 之水熱反應結果，這些產物是否為真正穩定相，而

(a) (b)

(c) (d)圖 11 不同持溫時間水熱反應產物之 XRD 圖型：

(a)原樣；(b)研磨樣；(c)>10μm分級樣；(d)<2μm分級樣( [NaOH]=3M，240ºC)。

鑛冶 56/2 -45-

非過渡相，從大地以數十百萬年時間形成礦物的過程而言，實很難確認，因此探求較長時間

水熱產物相之變化有其意義。將雲母粉原樣、研磨樣、>10 μm及<2 μm分級樣，在 1M、

3M 及 6M(大約為產生方沸石、氫氧鈣霞石及氫氧方鈉石之濃度)之 NaOH 溶液中加熱至

240ºC，持溫 0.5 hr 至 12 hr，產物之 X 光繞射圖型，分別示於圖 10(a)-10(d)、圖 11(a)-11(d)及

圖 12(a)-12(d)。

圖 10 為[NaOH]=1M 之水熱反應結果，原樣、研磨樣、>10 μm及<2 μm分級樣之產物均

為方沸石或曾於持溫過程中出現方沸石(<2 μm分級樣)，各原料中之絹雲母經持溫 12 hr 後，

仍有少量未反應，而葉蠟石僅經 0.5 hr 幾乎完全消失，顯示絹雲母較耐低濃度 NaOH 之作用，

而葉蠟石則極易經 NaOH 作用轉變為其它礦物。原樣(粒徑粗)及>10 μm 分級樣(葉蠟石為

主，粒徑粗)，於 4 hr 後，反應大致完成，生成之方沸石為穩定相(圖 10(a)及 10(c))。研磨樣

(粒徑細)於到達反應溫度後，方沸石即大量出現，但持溫 1 hr 後，氫氧鈣霞石出現，隨持溫

增長，方沸石逐漸轉換為氫氧鈣霞石，此為粒徑變細之後，方沸石/氫氧鈣霞石之濃度界線下

移之結果；<2 μm分級樣(絹雲母為主，粒徑細)亦是首先出現方沸石，但持溫 0.5 hr 後，方

沸石轉變為 H2O 含量多 0.6 摩爾之鋁矽酸鈉水合物(Na6(AlSi2O6)6∙6.6H2O)，方沸石則隨持溫

(a) (b)

(c) (d)圖 12 不同持溫時間水熱反應產物之 XRD 圖型：

(a)原樣；(b)研磨樣；(c)>10μm分級樣；(d)<2μm分級樣( [NaOH]=6M，240ºC)。

-46- 鑛冶 56/2

逐漸減少，此亦為方沸石/氫氧鈣霞石之濃度界線下移之結果，但可能因絹雲母含量多，無法

轉變為氫氧鈣霞石，而是鋁矽酸鈉水合物，研磨樣及<2 μm分級樣因產物濃度界線下移，在

[NaOH]=1M 方沸石皆成為過渡相。

圖 11 為[NaOH]=3M 之水熱反應結果，由 3.2 節得知，[NaOH]=3M 之穩定產物為氫氧鈣

霞石，在 240ºC，原樣僅需持溫 0.5 hr，其它原料則無需持溫，絹雲母及葉蠟石均已完全消失，

且原樣、研磨樣、>10 μm分級樣大部份已轉變為氫氧鈣霞石，持溫最多不超過 1hr，反應即全

部完成(圖 11(a)、11(b)及 11(c))。但起始原料之組成礦物亦會影響結果，< 2 μm分級樣係以

絹雲母為主，如前述因絹雲母與氫氧方鈉石有特殊之反應關聯，而使氫氧鈣霞石/氫氧方鈉石

之界線下移(自[NaOH]=5M 下移至 3M)，在 3M 濃度下，反應進行初期(≤1 hr)，產物為氫氧

方鈉石，持溫 2 hr 後，氫氧方鈉石始轉變為氫氧鈣霞石，但轉變仍未完全(因在 3M 濃度界線

上)，而成為氫氧方鈉石及氫氧鈣霞石共存之狀態。

圖 12 為[NaOH]=6M 之水熱反應結果，原樣、研磨樣、<2 μm及>10 μm分級樣之最終產

物均為氫氧方鈉石，且在到達反應溫度 240ºC 時，絹雲母及葉蠟石均已完全消失，並轉變為氫

氧方鈉石，反應在持溫 0.5 hr 後，氫氧方鈉石繞射峰亦不再有明顯變化，顯示反應已全部完

成。>10μm分級樣之最終產物雖為氫氧方鈉石，但過程與其它三原料之直接反應生成氫氧方鈉

石不同，而是當溫度到達 240ºC 時，氫氧鈣霞石及氫氧方鈉石同時出現(事實上在較低溫度階

段，氫氧鈣霞石及氫氧方鈉石亦係共同生成(見圖 8(c))，在 240ºC 持溫 4 hr 後，氫氧鈣霞石始

完全轉變為氫氧方鈉石，此現象除證實葉蠟石與氫氧鈣霞石之特殊反應關聯，使氫氧鈣霞石/

氫氧方鈉石之界線上移(自[NaOH]=5M 上移至 6M 以上)；在反應初期，同時出現之氫氧鈣霞

石及氫氧方鈉石，實為過渡狀態，增長持溫時間後，氫氧鈣霞石則漸變為氫氧方鈉石。

由葉蠟石、絹雲母之 Si/Al 比及其

在各起始原料中之重量百分比，可計算

雲母粉原樣(研磨樣)、>10 μm 及<2

μm分級樣之 Si/Al 比，分別為 1.31、

1.63 及 1.20，綜合圖 9 至圖 12 之水熱反

應結果，以起始原料之 Si/Al 比及 NaOH

濃度為參數，比對產物種類及其 X 光

繞射峰高，可得之水熱反應之結晶區域

(crystallization fields)圖如圖 13 所示。

以雲母粉原樣為起始原料，選取

[NaOH]=1、3、6M，在 240ºC 持溫 1hr，

進行水熱反應，所合成方沸石、氫氧鈣

霞石及氫氧方鈉石之 SEM 照片示於圖

14，三種產物均呈現其特徵晶形，方沸

石為四角三八面體，氫氧鈣霞石為六角

柱，氫氧方鈉石為菱形十二面體。圖 13 起始原料 Si/Al 比及 NaOH 濃度為參數之結晶區

域，A：方沸石，A′：矽鋁酸鈉水合物，C：鈣霞石，S：方鈉石，符號大小代表其繞射峰之相對高低(水熱條件：240ºC，持溫 2 hr，固/液=1/15)。

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(a)方沸石( [NaOH]= 1M) (b)氫氧鈣霞石([NaOH]= 3M) (c)氫氧方鈉石([NaOH]= 6M)

圖 14 雲母粉原樣水熱合成之沸石、似長石礦物之 SEM 照片(240ºC，1 hr，固/液比=1/15)。

肆、結 論1. 向陽雲母以 NaOH 為礦化劑，溫度 210ºC 以上，經由水熱反應可合成方沸石、氫氧鈣霞石及

氫氧方鈉石等沸石及似長石類礦物；對於低 NaOH 濃度，在 240ºC 持溫約 4 hr，水熱反應完

成；對於高 NaOH 濃度，溫度達 240ºC 水熱反應即已完成，無需持溫。

2. 在低 NaOH 濃度，葉蠟石之水熱反應速率較絹雲母快，顯示葉蠟石是極易經水熱反應轉變的

礦物；在高 NaOH 濃度，二者之差異不大；粒徑細之起始原料可降低水熱反應開始及完成之

溫度，以及反應所需時間。

3. NaOH 之濃度大致以 1M 及 5M 為界線分為三個範圍，各範圍內有其優勢之產物，即

[NaOH]≤1M 為方沸石，1M<[NaOH]<5M 為氫氧鈣霞石，[NaOH]≥5M 為氫氧方鈉石。此濃

度界線，因起始原料之粒徑及礦物組成等性質而有變動：粒徑細可使方沸石/氫氧鈣霞石及氫

氧鈣霞石/氫氧方鈉石之界線同時下移；葉蠟石使氫氧鈣霞石/氫氧方鈉石之界線上移，而擴

大氫氧鈣霞石之穩定範圍；絹雲母使氫氧鈣霞石/氫氧方鈉石之界線下移，而壓縮氫氧鈣霞石

之穩定範圍。

4. 由<2 μm樣在[NaOH]=3M 及>10 μm樣在[NaOH]=6M 之水熱產物顯示，絹雲母與氫氧方鈉

石、葉蠟石與氫氧鈣霞石分別有特殊之反應關聯。

誌謝 本研究樣品由向陽礦業股份有限公司提供，謹此致謝。

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