长白硅藻土综合开发利用现状及前景

王泽民

（吉林大学环境与资源学院，吉林 长春 130012）

长白硅藻土综合开发利用现状及前景

王泽民

（吉林大学环境与资源学院，吉林 长春 130012）

本文简述了对长白硅藻土综合开发利用之浅见，其中重点介绍了二级土的提纯和三级土在农业领域的应用。

硅藻土；综合开发利用；吉林长白

1 长白硅藻土资源及开发现状

1.1 资源简况

长白硅藻土矿是目前我国发现的唯一特大型优质矿床，硅藻土矿分布在吉林省长白朝鲜族自治县和临江市一带，至2008年已探明资源储量2亿t以上，远景资源储量4亿t以上。该矿区矿层顶、底板为玄武岩，马鞍山组共见矿两层，矿体保存完好，一层为主矿层，厚度3.45～16.5m，一般9m，矿层中部矿石质优为一级土。该矿硅藻以园筛藻和小环藻为优势种，占90%以上，硅藻颗粒直径多在3～10μm，比表面积19～20m2/g，一级土容量3.2g/cm3，该矿高中低品位矿石均有，一、二级土储量约占60%，其余为三级土，长白硅藻土等级划分标准，见表1[1]。

表1 长白硅藻土等级标准

1.2 开发利用现状

20世纪50年代已小规模开采，用于生产保温砖等耐火材料，70年代开始研制助滤剂并小批量生产，同时加工催化剂载体材料，进入90年代开发利用工作日渐活跃，开始小批量生产微孔硅酸钙制品，生产钒催化剂，研制硅藻土杀虫剂、改性沥青等项目，至2010年硅藻土企业已发展到31家，其中规模以上的18家，最具化表性的是硅藻土助滤剂工业的发展，现已形成约15万t/a的生产能力，其中规模大的有长白县年产1.5万t生产线和临江年产3万t生产线，可以满足国内市场的需求并可出口外销，标致我国硅藻上助滤剂工业已初步形成，随着应用的扩大，产品需要标准化。

2 综合开发利用

长白硅藻土矿是一座高中低品位齐全的矿床，应当综合开发利用，即优质优用，低质低用，物尽其用，综合利用。充分利用资源特点，开拓应用领域，生产社会需要的多种产品。

2.1 助滤剂

从硅藻土的结构、性能和几十年的实用结果来看，在10余种过滤材料中硅藻土助滤剂性能是最好的，消费量也是最大的。以美国为例硅藻土产量近70万t/a，其中约70%用于生产助滤剂。可见硅藻土最适合加工助滤剂产品。

随着社会发展和进步对助滤剂的需求会有较大幅度的提升。如在水过滤净化方面，20世纪50年代美国在纽约州北部的小城市安装了硅藻土过滤设备，解决城市生活和工业供水紧张问题，80年代增至125～150套，其中最大设备日滤水量3.75万m3，通过在小城市的应用实践为在大中城市应用取得经验[2-3]。我国目前现状更需要采取这种办法解决城市供水紧张的问题。

再如一些发达国家在开发第二水资源(中水)方面已进行了多年工作，即将城市生活污水和工业废水处理后再深度净化作为第二水资源重复利用，目前日本这种中水的利用率在73%以上，美国已达100%[4]。

目前我国城市废水已经进行处理，但深度处理还不多，重复利用率不高。我国是水资源短缺的国家，有些地区水污染严重，据报导我国600个城市有300个缺水(吉林省县级以上城市45个，其中35个严重缺水)，因缺水每年影响产值200多亿元，所以开发第二水资源对国计民生十分重要，是一项很现实的工作。我国已进行城市生活污水和工业废水深度处理工艺的研究，并在试验。助滤剂可在精滤工序发挥作用。助滤剂可截流细菌和粒径大于0.1μm的固体微粒，还有一定脱色等作用。

以上供水和废水的精滤工程需要助滤剂量比较大，要及时掌握信息，主动参与，早介入这方面的试验工作，力争及时进入市场。

随着社会的发展进步，人民对生活质量要求高了，更关心自身的健康，对食品的要求是“绿色”、无公害、安全，此方面的开发前景广阔。石油、化工是一个潜在的市场有待逐步开发。

2.2 二级土的提纯和应用

长白二级土储量大约占总储量的30%，高用纯度不够，低用有些可惜，比较好的办法是将其一部分提纯成精土，扩大优质土的来源，加工高附加值产品。硅藻土提纯有些国家已在进行，美国虽然硅藻土储量很大，但由于多年开采，优质土日渐减少，准备利用低品位矿，通过选矿扩大优质土来源，它们采用擦洗重力沉降法和水力旋流法分级提纯[5]。巴西某硅藻土矿SiO2含量71.23%(相当长白三级土)，通过擦洗、水力旋流分级提纯得到精土，其结果见表2。

表2 提纯结果(%)

2.2.1 二级硅藻土的提纯

对吉林省长白、临江、抚松、桦甸和内蒙化德二级硅藻土进行了提纯试验，经两次打浆擦洗提纯均达到一级土指标[6]。采用擦洗、水力旋流法对长白硅藻土矿进行二级土提纯试验，提纯精土纯度优于天然一级土，由于当时认为提纯成本高等原因而未采用。实际水力旋流法是比较理想的提纯方法，主要是用电和水，水可以回收循环利用，提纯过程不加热，不用酸、节能，成本低符合环保要求。旋流器设备构造简单、设备费用低、占地面积小、处理能力大，可以得到SiO2＞90%，Fe2O3＜1%的精土。但操作稳定性差，进料浓度和流量的变化易影响分级提纯效果，因此，应控制好进料浓度和流量。

目前提纯土规模已达到2万t/a精土，既保护了资源，又延长了矿山的开采寿命，有利于可持续发展，利在当代，功在后世。

2.2.2 提纯精土的应用

(1) 塑料制品中的应用。

目前我国塑料制品产量1 500万t/a以上，使用非金属矿物材料250万t/a以上，主要用碳酸钙、滑石粉、云母、高岭土等[6]。加工的硅藻土主要用途是做低密度聚乙烯薄膜的防结块剂，并用于粘合剂和聚氨基甲酸酯、环氧树脂、聚酯树脂及硅橡胶中，在酚醛树脂中填充可提高其耐热性和电性能。硅藻SiO2颗粒具有一种独特的性质，即含有30%～40%孤立的亚微非聚结的颗粒，引起研究者的注意，认为这一独特性质，可使其成为一种真正的填料。

(2) 涂料中的应用。

世界涂料产量2 700万t/a，非金属矿物用量700万t/a，主要用碳酸钙，滑石粉，高岭土等，硅藻土用量约5万t/a。硅藻土做填料主要是用做消光剂，多用于平光乳胶漆，清漆和底漆等。漆种为白色平光醇酸面漆，C60-1铁红醇酸底漆和黑色阴极电泳底漆。试用企业评价：消光效果好，漆膜外观平整光滑，力学性质符合要求，防沉淀性优于高岭土[7-8]。

硅藻土做涂料填料可提高涂层间粘结力，涂料固含量，涂膜厚度和加快涂膜干燥速度。上述性能是生产“硅藻泥”的基础，用于内墙涂料，可以调节室内湿度，吸附细菌，异味，具有环保功能，这种产品日益受到人们的青睐。含硅藻土填料的涂料还可用于图书馆、档案馆等内墙涂覆，调解湿度。

(3) 做造纸填料。

目前我国纸和纸板产量约4 300万t/a，白色矿物填料，颜料用量430万t/a左右，主要使用高岭土、碳酸钙、二氧化钛、滑石粉等[9]。熔剂煅烧硅藻土可做造纸涂布颜料，可使纸张平整，柔软光滑，改善纸张的外观和印刷及书写性能。硅藻土用于造纸填料是有开发前景的。

(4) 做橡胶补强剂。

白炭黑在橡胶中主要做补强剂或改性剂，目前我国白炭黑总产能24.1万t/a(开工率69.4%，总产能16.7万t/a)[10]。硅藻土与白炭黑有相似的结构和性能，均属非晶质SiO2，化学式相同(SiO2·nH2O)，亦具有耐酸、耐高温及良好的电绝缘性和分散性，可在橡胶等行业应用。

用长白一级土加工成橡胶补强剂作鞋底胶填料试验，多次试验结果表明，拉伸强度、拉断伸长率等项指标均达到部颁标准，用户反映比用白炭黑硫化时间短，分散性好，只是磨耗略高，与白炭黑配合使用可降低磨耗，配比1∶1时效果最佳。自制硅藻土橡胶补强剂理化指标见表3。

表3 自制硅藻土橡胶补强剂指标

硅藻土橡胶补强剂的优势是比白炭黑价格低，较低价格白炭黑6500～8 000元/t，硅藻土补强剂售价可在3 500元/t左右，适用于普通橡胶制品(尤其制鞋业)。

2.3 三级土的开发利用

低品位硅藻土可通过比较简单的加工生产有开发前景价格比较低廉的产品。硅藻土的特性是多微孔、体轻、隔热保温具有吸附性等。我国已利用硅藻土生产保温及节能产品、轻质建材，在农业、环境保护领域的应用研究也非常活跃。

(1) 在农业领域的应用。

一些国家硅藻土主要用于化肥包衣(或添加剂)农药载体，土壤改良剂，吸附剂、饲料等，也有作杀虫剂的，化肥包衣用的比较多。丹麦用于肥料和饲料，匈牙利将沸石和硅藻土加工成土壤改良剂，饲料添加剂，垫圈除臭剂等产品。

我国已将硅藻土成功地用于生产化肥包衣(或添加剂)，用硅藻土做载体生产粉剂及粒剂农药等。做粉剂农药载体，粒度要细，以免配药稀释后喷施时堵喷咀，最好与农药粒度匹配。

做土壤改良剂国外已应用，据报道在大田施用硅藻土、沸石土壤改良剂可提高N、P、K肥的利用率，施用量可比通常施用量减少20%～30%。因硅藻土和沸石对肥料的吸附起到了保肥作用，提高了肥料的利用率。

由于土壤的类型和所处的生态环境不尽相同，改良土壤的工程和措施亦不尽相同。沸石及硅藻土多孔、疏松(沸石具有砂性)，更宜用于土壤物理性状不良土质(粘、重、硬、板结)。耕性差的土壤改良，较长期施用，土壤物理性状可得到改善。沸石、硅藻土主要是改善土壤的物理性状，改土培肥必须同时施用有机肥料，沼渣(生产沼气的残渣)是优质肥料和土壤改良剂，其中不仅含有有机物质，还含有作物生长发育所需要的多种活性物质，与沸石、硅藻土配合施用改土培肥效果更好。土壤改良剂可与秸秆还田配合施用、增加土壤中有机质含量，提高地力、促进作物增产。

2008～2010年连续三年进行了农田实验，在种植玉米、芸豆等农田施用沸石、硅藻土等复合土壤改良剂。实验结果表明土壤改良剂施用量少，主要起保肥作用，施用量多时可起到改土作用，连续施用5年左右改土效果明显。

(2) 在环境保护领域应用。

由于工业高速发展和城市化的加速及人口增长造成的环境污染日益严重，所以治理三废保护环境已成为当代人类面临的重大课题之一。随着人们环保意识的提高，日常生活中的环境问题日益受到重视，符合要求的新产品日益受到人们的青睐。

硅藻土可做油污清除剂，处理原油泥渣。可将用硅藻土处理后的油泥渣与煤粉混合制成蜂窝煤做燃料，如运距短、方便、可送至生产轻质保温砖厂做填料。硅藻土还可以加工厨房用除油垢剂。

用硅藻土作吸附剂处理含油废水，如：抚顺石油一厂含油废水，含油量0.448 6g/L，用硅藻土0.4g/L处理废水，去除率达97.37%。

造纸废水处理；用硅藻土复合净水剂处理以枝丫材为原料的和以稻草为原料的造纸废水均达到排放标准[11]；用硅藻土复合净水剂处理造纸黑液后再经生物化学法处理达到排放标准[12]。

硅藻土经提纯、活化处理、粉碎分级、造粒成型后具有较高的活性和选择性吸附的特性，可用于处理废水、废气及有毒物质。如硅藻土改性处理后用于吸附水中的重金属离子或有机物[13]。硅藻土应先加工成型，煅烧后再改性处理，以利用后回收处理，多次重复利用，以降低使用成本。

施用硅藻土沸石等土壤改良剂是一项很有效的保护环境措施，其对化肥农药有吸附作用、提高了化肥、农药的利用率，避免其流失污染环境。如氮肥，作物只吸收正常施用量的30%～50%，其余大多流失，不仅是浪费，又污染环境。

试验表明施用土壤改良剂后，化肥可比正常使用量少施20%～30%(作物不减产)，可见施用土壤改良剂不仅对用户有直接的经济效益，同时具有良好的社会效益和环境效益。

(3) 在节能产品和轻质建材领域应用。

硅藻土用于生产节能产品和轻质建材早已为人们熟知，云南、浙江、吉林等地早有生产。由于社会和科学技术的发展，用户对产品性能的要求越来越高，要求产品容重小、强度高。采用气泡法降低容重生产出第二代轻质保温砖的性能指标见表4[14]。

表4 第二代轻质保温砖性能指标

从表4可以看出，云南产品强度最高、容重最小(0.4g/cm3)，这与硅藻土的特点有关，如云南先锋矿SiO2含量50%～66%，Al2O3最高含量20.18%(即粘土含量高)可提高产品的强度，烧失量可达30.06%，煅烧时烧掉的有机物起造孔作用，使容重降低，使产品具有强度高、容重低的优点。云南开发的硅藻土轻质砌块，轻质墙板等列系产品投放市场受到高层建筑业的欢迎。长白硅藻土虽然粘土含量少，但硅藻含量高，容重小，可适量填加可塑性，粘结性，烧结性好的粘土(二级土提纯的付产品)以提高产品强度，同时采用气泡法降低容重，可以生产出性能好的产品。

硅藻土不仅只生产方砖大板，还可以制做为人们送去温暖和健康的贴身小产品。如日本用硅藻土加煤粉、盐和还原铁混合制成放热材料，并制成可放入衣袋或鞋内的小型化学加热器，这种产品适用于寒冷地区以及某些病人、老年的需要。

3 结语

(1) 根据资源特点逐步实现产品多样化、系列化、标准化；高新产品(如功能填料等)应做到原料高纯化、粒度微细化、表面改性化。加大三级土开发力度，在前景广阔的节能轻质建材、环境保护和农业等领域开拓应用，实现资源优质优用，低质低用，综合开发及综合利用的目标。

(2) 建立创新型的研发中心和新产品中试基地，开拓新领域，开发新产品，支撑企业可持续发展。

(3) 国家、省有关部门应给予政策支持，重点支持该地区低品位硅藻土的开发利用。三级土在节能、环保和农业等领域的应用具有明显的社会效益和环境效益。开发低品位土企业经济效益低，但社会效益及开发前景广阔。因此，对类似于开发土壤改良剂进行农田试验的研究应给于政策及经费支持。

[1]黄成彦.中国硅藻土及其应用[M].北京：科学出版社，1993：53.

[2]王泽民.我国硅藻土助滤剂工业存在的问题及解决途径初探[J].非金属矿，1993(2)：35-39.

[3]王泽民.硅藻土助滤剂在水过滤中的应用[J].工业水处理，2000(8)：4-8.

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[12]王泽民，马小凡，孙文田，等.造纸黑液处理研究[J].中国非金属矿工业导刊，1999(4)：21-23.

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[14]张风君.硅藻土加工与应用[M].北京：化学工业出版社，2006：152.

Status and Prospects of Diatomite Comprehensive Development and Utilization in Changbai

WANG Ze-min
(School of Envelopment and Resource, Jilin University, Changchun 130012, China)

Recommend on comprehensive utilization of Changbai diatomite, for purification and application of second diatomite,application at agricultural, environmental protection and spare energy field of third diatomite.

diatomite; comprehensive utilization; Jilin Changbai

P619.25；TD985

A

1007-9386(2011)06-0007-04

2010-08-10