硅藻土及其發(fā)展現狀論文
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，并對目前硅藻土的發(fā)展現狀進(jìn)行了分析討論。
關(guān)鍵詞：硅藻土；理化特性；發(fā)展現狀
1.硅藻土概述
1.1硅藻土的組成
硅藻土是古代單細胞水生植物硅藻的遺骸沉積所形成，這種硅藻的獨特性能在于能吸收水中的游離硅形成其骨骼，等其生命結束后沉積，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(lèi)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)和有機質(zhì)。硅藻土主要以SiO2·nH2O的形式存在，同時(shí)含有少量的Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O，P2O5和有機質(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試其組成，測試結果如表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。據統計，全球約122個(gè)國家或地區存在硅藻土資源。美國是世界上硅藻土儲量最多的國家，占53.37%；其次為中國，占43.77%。美國也是世界上第一生產(chǎn)國和消費國，其產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的35N40%；中國位居第二，占世界總產(chǎn)量的20%左右。我國硅藻土主要集中在華東及東北地區，其中規模較大的有吉林、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(cháng)白地區，其他礦床大多數為三四級土，由于雜質(zhì)含量高，不能直接深加工利用。據2007年統計，吉林省硅藻土資源儲量為2.66億噸，占全國的56.7%；白山市資源儲量為2.52億噸，占全國的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)濟價(jià)值較高的礦床有限。白山市硅藻土以?xún)α看�，品質(zhì)好而聞名，其質(zhì)量?jì)H次于美國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(guān)察，硅藻土呈現形態(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，藻體內外表面分布著(zhù)眾多微納米級微孔，這是硅藻土區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象，利用日立TM3030臺式掃描電鏡研究表征了硅藻土的微觀(guān)形貌，樣品制作時(shí)直接粘到導電膠上，無(wú)需噴金直接觀(guān)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)狀結構，表面存在大量的亞微米級孔隙結構。
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、聲的不良導體，熔點(diǎn)1650-1750℃，化學(xué)穩定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強酸，但能溶于強堿溶液中。硅藻土具有低密度、多孔性、高強度、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)展現狀
美國是世界上第一生產(chǎn)國和消費國，其產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的35-40%；中國位居第二，占世界總產(chǎn)量的20%左右。20世紀初，美國首先獲得將硅藻土用作啤酒助濾劑的發(fā)明專(zhuān)利。50年代，美國的硅藻土相關(guān)產(chǎn)品已被廣泛應用于工業(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100萬(wàn)噸。以美國、法國、德國、丹麥、日本和俄羅斯等為主的工業(yè)發(fā)達國家，助濾劑產(chǎn)品一直占主導地位，其次是填料、吸附劑、絕緣材料等。
我國于上世紀50年代僅有小規模的硅藻土開(kāi)采和利用，并開(kāi)始生產(chǎn)硅藻土催化劑載體，60年代的開(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道較多。
近年來(lái)，隨著(zhù)人類(lèi)環(huán)保意識和安全意識的不斷增強，對室內裝修材料多功能性、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)，拓展硅藻土應用領(lǐng)域。作為硅藻土礦產(chǎn)資源豐富的吉林省白山地區，立足特色資源，加強硅藻土資源整合，加速硅藻土產(chǎn)業(yè)園區建設，形成了以“臨江市硅藻土工業(yè)集中區”和“長(cháng)白縣八道溝硅藻土特色工業(yè)園區”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)品占國內市場(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、超細技術(shù)、表面改性技術(shù)，硅藻土復合材料、污水處理和凈水設備、新型環(huán)保功能材料的開(kāi)發(fā)。
目前，國內從事硅藻土產(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(cháng)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(lèi)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，廣泛應用于食品、醫藥、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嚴重，除一級品外，低品位硅藻土占總量的70%，其提純加工技術(shù)水平有限，多數低品位硅藻土被遺棄在礦層中；另外，我國硅藻土產(chǎn)品種類(lèi)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硅藻土，成為硅藻土領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。
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