硅藻土及其發(fā)展現(xiàn)狀

李冰　李登峰　王克　張文強(qiáng)　王立艷

摘要：概述了硅藻土的組成及其分布，介紹了硅藻土的理化特性，利用掃描電鏡表征了硅藻土的表面形貌，并對(duì)目前硅藻土的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析討論。

關(guān)鍵詞：硅藻土；理化特性；發(fā)展現(xiàn)狀

1.硅藻土概述

1.1硅藻土的組成

硅藻土是古代單細(xì)胞水生植物硅藻的遺骸沉積所形成，這種硅藻的獨(dú)特性能在于能吸收水中的游離硅形成其骨骼，等其生命結(jié)束后沉積，在一定的地質(zhì)條件下形成硅藻土礦床。硅藻是最早在地球上出現(xiàn)的原生生物之一，生存在海水或湖水中。正是這種硅藻，通過(guò)光合作用向地球提供氧，促進(jìn)了人類和動(dòng)植物的誕生。硅藻土屬非金屬黏土礦物，其主要化學(xué)成分為非晶體二氧化硅，伴有少量蒙脫石，高嶺石等黏土雜質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。硅藻土主要以SiO2·nH2O的形式存在，同時(shí)含有少量的Al2O3，F(xiàn)e2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O，P2O5和有機(jī)質(zhì)。不同礦源的硅藻土成分不同。單體硅藻無(wú)色透明，硅藻土的顏色取決于粘土礦物及有機(jī)質(zhì)等，有白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等。本文選用臨江八道溝硅藻土礦的硅藻土測(cè)試其組成，測(cè)試結(jié)果如表1所示，二氧化硅含量75%。

1.2硅藻土的分布

硅藻土在世界上分布廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約122個(gè)國(guó)家或地區(qū)存在硅藻土資源。美國(guó)是世界上硅藻土儲(chǔ)量最多的國(guó)家，占53.37%；其次為中國(guó)，占43.77%。美國(guó)也是世界上第一生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，其產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的35N40%；中國(guó)位居第二，占世界總產(chǎn)量的20%左右。我國(guó)硅藻土主要集中在華東及東北地區(qū)，其中規(guī)模較大的有吉林、浙江、云南、山東、四川等省。分布雖廣，但優(yōu)質(zhì)土資源主要集中在吉林長(zhǎng)白地區(qū)，其他礦床大多數(shù)為三四級(jí)土，由于雜質(zhì)含量高，不能直接深加工利用。據(jù)2007年統(tǒng)計(jì)，吉林省硅藻土資源儲(chǔ)量為2.66億噸，占全國(guó)的56.7%；白山市資源儲(chǔ)量為2.52億噸，占全國(guó)的53.61%。全球硅藻土資源分布雖然廣泛，但是可供直接開(kāi)發(fā)的、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的礦床有限。白山市硅藻土以儲(chǔ)量大，品質(zhì)好而聞名，其質(zhì)量?jī)H次于美國(guó)加利福尼亞州硅藻土礦，是不經(jīng)選礦就可直接加工生產(chǎn)助濾劑的礦床，屬于世界少有的優(yōu)質(zhì)硅藻土礦床。

1.3硅藻土的理化特性

硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，如圓盤(pán)狀、筒狀、羽狀等，在顯微鏡下觀察，硅藻土呈現(xiàn)形態(tài)迥異的各種藻體形狀，單個(gè)藻體大小從幾微米到幾十微米不等，藻體內(nèi)外表面分布著眾多微納米級(jí)微孔，這是硅藻土區(qū)別于其他非金屬黏土礦物的基本物理特性。

以臨江八道溝硅藻土礦的硅藻土為研究對(duì)象，利用日立TM3030臺(tái)式掃描電鏡研究表征了硅藻土的微觀形貌，樣品制作時(shí)直接粘到導(dǎo)電膠上，無(wú)需噴金直接觀察。加速電壓為15kV，放大倍率分別是2K和5K倍，掃描電鏡照片如圖1所示。從圖1可以看出，該硅藻土為圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，表面存在大量的亞微米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)。

硅藻土的松散密度為0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度為1-1.5（硅藻骨骼微粒為4.5-5mm），孔隙率達(dá)80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水。硅藻土是熱、電、聲的不良導(dǎo)體，熔點(diǎn)1650-1750℃，化學(xué)穩(wěn)定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強(qiáng)酸，但能溶于強(qiáng)堿溶液中。硅藻土具有低密度、多孔性、高強(qiáng)度、高耐磨性、絕緣性、絕熱性、吸音性、吸附性好、無(wú)毒無(wú)味、耐酸、耐熱、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用作保溫磚、保溫砂漿、功能性填料、研磨材料、吸附劑、脫色劑、污水處理劑、助濾劑、催化劑載體等。

2.硅藻土的發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)是世界上第一生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，其產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的35-40%；中國(guó)位居第二，占世界總產(chǎn)量的20%左右。20世紀(jì)初，美國(guó)首先獲得將硅藻土用作啤酒助濾劑的發(fā)明專利。50年代，美國(guó)的硅藻土相關(guān)產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活的多個(gè)領(lǐng)域，如過(guò)濾材料、保溫材料、填料和催化劑載體等領(lǐng)域，產(chǎn)品總量達(dá)100萬(wàn)噸。以美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、丹麥、日本和俄羅斯等為主的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，助濾劑產(chǎn)品一直占主導(dǎo)地位，其次是填料、吸附劑、絕緣材料等。

我國(guó)于上世紀(jì)50年代僅有小規(guī)模的硅藻土開(kāi)采和利用，并開(kāi)始生產(chǎn)硅藻土催化劑載體，60年代開(kāi)始生產(chǎn)硅藻土助濾劑。目前，關(guān)于硅藻土催化劑載體和助濾劑的研究報(bào)道較多。

近年來(lái)，隨著人類環(huán)保意識(shí)和安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，對(duì)室內(nèi)裝修材料多功能性、建筑保溫材料防火性能要求不斷提高，硅藻土在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究引起高度重視。各個(gè)硅藻土企業(yè)積極開(kāi)展硅藻土建筑材料新產(chǎn)品的研發(fā)，拓展硅藻土應(yīng)用領(lǐng)域。作為硅藻土礦產(chǎn)資源豐富的吉林省白山地區(qū)，立足特色資源，加強(qiáng)硅藻土資源整合，加速硅藻土產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)，形成了以“臨江市硅藻土工業(yè)集中區(qū)”和“長(zhǎng)白縣八道溝硅藻土特色工業(yè)園區(qū)”為主的產(chǎn)業(yè)基地。其中，臨江生產(chǎn)的硅藻土助濾劑產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的80%。白山市先后與15所科研院校建立了硅藻土科技研發(fā)合作伙伴關(guān)系，合作研究的重點(diǎn)問(wèn)題是硅藻土的選礦提純、超細(xì)技術(shù)、表面改性技術(shù)，硅藻土復(fù)合材料、污水處理和凈水設(shè)備、新型環(huán)保功能材料的開(kāi)發(fā)。

目前，國(guó)內(nèi)從事硅藻土產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)很多，如臨江市圣邁硅藻土功能材料有限公司、臨江市亨泰助濾劑有限公司、臨江賽力特硅藻土有限公司、嵊州市華力硅藻土有限公司、臨江市長(zhǎng)白山助濾劑有限公司、吉林省臨江天元催化劑有限公司等。硅藻土產(chǎn)品種類在不斷增加，如硅藻土助濾劑、催化劑載體、硅藻土功能填料等系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、工業(yè)、建筑材料等領(lǐng)域。

但目前在硅藻土資源開(kāi)發(fā)利用中普遍存在的問(wèn)題是硅藻土資源浪費(fèi)嚴(yán)重，除一級(jí)品外，低品位硅藻土占總量的70%，其提純加工技術(shù)水平有限，多數(shù)低品位硅藻土被遺棄在礦層中；另外，我國(guó)硅藻土產(chǎn)品種類較少，目前許多企業(yè)的新產(chǎn)品技術(shù)不成熟。因此，進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)硅藻土新產(chǎn)品，尤其是利用低品位的二三級(jí)硅藻土，成為硅藻土領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。