矽藻土及其發展現狀論文
矽藻土及其發展現狀論文
摘要：概述了矽藻土的組成及其分佈，介紹了矽藻土的理化特性，利用掃描電鏡表徵了矽藻土的表面形貌，並對目前矽藻土的發展現狀進行了分析討論。
關鍵詞：矽藻土；理化特性；發展現狀
1.矽藻土概述
1.1矽藻土的組成
矽藻土是古代單細胞水生植物矽藻的遺骸沉積所形成，這種矽藻的獨特效能在於能吸收水中的遊離矽形成其骨骼，等其生命結束後沉積，在一定的地質條件下形成矽藻土礦床。矽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。正是這種矽藻，透過光合作用向地球提供氧，促進了人類和動植物的誕生。矽藻土屬非金屬黏土礦物，其主要化學成分為非晶體二氧化矽，伴有少量蒙脫石，高嶺石等黏土雜質和有機質。矽藻土主要以SiO2·nH2O的形式存在，同時含有少量的Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O，P2O5和有機質。不同礦源的矽藻土成分不同。單體矽藻無色透明，矽藻土的顏色取決於粘土礦物及有機質等，有白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等。本文選用臨江八道溝矽藻土礦的矽藻土測試其組成，測試結果如表1所示，二氧化矽含量75%。
1.2矽藻土的分佈
矽藻土在世界上分佈廣泛。據統計，全球約122個國家或地區存在矽藻土資源。美國是世界上矽藻土儲量最多的國家，佔53.37%；其次為中國，佔43.77%。美國也是世界上第一生產國和消費國，其產量佔世界總產量的35N40%；中國位居第二，佔世界總產量的20%左右。我國矽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、雲南、山東、四川等省。分佈雖廣，但優質土資源主要集中在吉林長白地區，其他礦床大多數為三四級土，由於雜質含量高，不能直接深加工利用。據2007年統計，吉林省矽藻土資源儲量為2.66億噸，佔全國的56.7%；白山市資源儲量為2.52億噸，佔全國的53.61%。全球矽藻土資源分佈雖然廣泛，但是可供直接開發的、經濟價值較高的礦床有限。白山市矽藻土以儲量大，品質好而聞名，其質量僅次於美國加利福尼亞州矽藻土礦，是不經選礦就可直接加工生產助濾劑的礦床，屬於世界少有的優質矽藻土礦床。
1.3矽藻土的理化特性
矽藻土中的矽藻有許多不同的形狀，如圓盤狀、筒狀、羽狀等，在顯微鏡下觀察，矽藻土呈現形態迥異的各種藻體形狀，單個藻體大小從幾微米到幾十微米不等，藻體內外表面分布著眾多微奈米級微孔，這是矽藻土區別於其他非金屬黏土礦物的`基本物理特性。
以臨江八道溝矽藻土礦的矽藻土為研究物件，利用日立TM3030臺式掃描電鏡研究表徵了矽藻土的微觀形貌，樣品製作時直接粘到導電膠上，無需噴金直接觀察。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，該矽藻土為圓盤狀結構，表面存在大量的亞微米級孔隙結構。
矽藻土的鬆散密度為0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度為1-1.5（矽藻骨骼微粒為4.5-5mm），孔隙率達80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水。矽藻土是熱、電、聲的不良導體，熔點1650-1750℃，化學穩定性高，除溶於氫氟酸以外，不溶於任何強酸，但能溶於強鹼溶液中。矽藻土具有低密度、多孔性、高強度、高耐磨性、絕緣性、絕熱性、吸音性、吸附性好、無毒無味、耐酸、耐熱、化學穩定性好等優點，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、汙水處理劑、助濾劑、催化劑載體等。
2.矽藻土的發展現狀
美國是世界上第一生產國和消費國，其產量佔世界總產量的35-40%；中國位居第二，佔世界總產量的20%左右。20世紀初，美國首先獲得將矽藻土用作啤酒助濾劑的發明專利。50年代，美國的矽藻土相關產品已被廣泛應用於工業和生活的多個領域，如過濾材料、保溫材料、填料和催化劑載體等領域，產品總量達100萬噸。以美國、法國、德國、丹麥、日本和俄羅斯等為主的工業發達國家，助濾劑產品一直占主導地位，其次是填料、吸附劑、絕緣材料等。
我國於上世紀50年代僅有小規模的矽藻土開採和利用，並開始生產矽藻土催化劑載體，60年代的開始生產矽藻土助濾劑。目前，關於矽藻土催化劑載體和助濾劑的研究報道較多。
近年來，隨著人類環保意識和安全意識的不斷增強，對室內裝修材料多功能性、建築保溫材料防火效能要求不斷提高，矽藻土在建築材料領域的應用研究引起高度重視。各個矽藻土企業積極開展矽藻土建築材料新產品的研發，拓展矽藻土應用領域。作為矽藻土礦產資源豐富的吉林省白山地區，立足特色資源，加強矽藻土資源整合，加速矽藻土產業園區建設，形成了以“臨江市矽藻土工業集中區”和“長白縣八道溝矽藻土特色工業園區”為主的產業基地。其中，臨江生產的矽藻土助濾劑產品佔國內市場的80%。白山市先後與15所科研院校建立了矽藻土科技研發合作伙伴關係，合作研究的重點問題是矽藻土的選礦提純、超細技術、表面改性技術，矽藻土複合材料、汙水處理和淨水裝置、新型環保功能材料的開發。
目前，國內從事矽藻土產品研發與生產的企業很多，如臨江市聖邁矽藻土功能材料有限公司、臨江市亨泰助濾劑有限公司、臨江賽力特矽藻土有限公司、嵊州市華力矽藻土有限公司、臨江市長白山助濾劑有限公司、吉林省臨江天元催化劑有限公司等。矽藻土產品種類在不斷增加，如矽藻土助濾劑、催化劑載體、矽藻土功能填料等系列產品，廣泛應用於食品、醫藥、工業、建築材料等領域。
但目前在矽藻土資源開發利用中普遍存在的問題是矽藻土資源浪費嚴重，除一級品外，低品位矽藻土佔總量的70%，其提純加工技術水平有限，多數低品位矽藻土被遺棄在礦層中；另外，我國矽藻土產品種類較少，目前許多企業的新產品技術不成熟。因此，進一步研究開發矽藻土新產品，尤其是利用低品位的二三級矽藻土，成為矽藻土領域關注的熱點問題。