硅藻土及其发展现状

李冰　李登峰　王克　张文强　王立艳

摘要：概述了硅藻土的组成及其分布，介绍了硅藻土的理化特性，利用扫描电镜表征了硅藻土的表面形貌，并对目前硅藻土的发展现状进行了分析讨论。

关键词：硅藻土；理化特性；发展现状

1.硅藻土概述

1.1硅藻土的组成

硅藻土是古代单细胞水生植物硅藻的遗骸沉积所形成，这种硅藻的独特性能在于能吸收水中的游离硅形成其骨骼，等其生命结束后沉积，在一定的地质条件下形成硅藻土矿床。硅藻是最早在地球上出现的原生生物之一，生存在海水或湖水中。正是这种硅藻，通过光合作用向地球提供氧，促进了人类和动植物的诞生。硅藻土属非金属黏土矿物，其主要化学成分为非晶体二氧化硅，伴有少量蒙脱石，高岭石等黏土杂质和有机质。硅藻土主要以SiO2·nH2O的形式存在，同时含有少量的Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O，P2O5和有机质。不同矿源的硅藻土成分不同。单体硅藻无色透明，硅藻土的颜色取决于粘土矿物及有机质等，有白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等。本文选用临江八道沟硅藻土矿的硅藻土测试其组成，测试结果如表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广泛。据统计，全球约122个国家或地区存在硅藻土资源。美国是世界上硅藻土储量最多的国家，占53.37%；其次为中国，占43.77%。美国也是世界上第一生产国和消费国，其产量占世界总产量的35N40%；中国位居第二，占世界总产量的20%左右。我国硅藻土主要集中在华东及东北地区，其中规模较大的有吉林、浙江、云南、山东、四川等省。分布虽广，但优质土资源主要集中在吉林长白地区，其他矿床大多数为三四级土，由于杂质含量高，不能直接深加工利用。据2007年统计，吉林省硅藻土资源储量为2.66亿吨，占全国的56.7%；白山市资源储量为2.52亿吨，占全国的53.61%。全球硅藻土资源分布虽然广泛，但是可供直接开发的、经济价值较高的矿床有限。白山市硅藻土以储量大，品质好而闻名，其质量仅次于美国加利福尼亚州硅藻土矿，是不经选矿就可直接加工生产助滤剂的矿床，属于世界少有的优质硅藻土矿床。

1.3硅藻土的理化特性

硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、筒状、羽状等，在显微镜下观察，硅藻土呈现形态迥异的各种藻体形状，单个藻体大小从几微米到几十微米不等，藻体内外表面分布着众多微纳米级微孔，这是硅藻土区别于其他非金属黏土矿物的基本物理特性。

以临江八道沟硅藻土矿的硅藻土为研究对象，利用日立TM3030台式扫描电镜研究表征了硅藻土的微观形貌，样品制作时直接粘到导电胶上，无需喷金直接观察。加速电压为15kV，放大倍率分别是2K和5K倍，扫描电镜照片如图1所示。从图1可以看出，该硅藻土为圆盘状结构，表面存在大量的亚微米级孔隙结构。

硅藻土的松散密度为0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度为1-1.5（硅藻骨骼微粒为4.5-5mm），孔隙率达80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水。硅藻土是热、电、声的不良导体，熔点1650-1750℃，化学稳定性高，除溶于氢氟酸以外，不溶于任何强酸，但能溶于强碱溶液中。硅藻土具有低密度、多孔性、高强度、高耐磨性、绝缘性、绝热性、吸音性、吸附性好、无毒无味、耐酸、耐热、化学稳定性好等优点，可广泛用作保温砖、保温砂浆、功能性填料、研磨材料、吸附剂、脱色剂、污水处理剂、助滤剂、催化剂载体等。

2.硅藻土的发展现状

美国是世界上第一生产国和消费国，其产量占世界总产量的35-40%；中国位居第二，占世界总产量的20%左右。20世纪初，美国首先获得将硅藻土用作啤酒助滤剂的发明专利。50年代，美国的硅藻土相关产品已被广泛应用于工业和生活的多个领域，如过滤材料、保温材料、填料和催化剂载体等领域，产品总量达100万吨。以美国、法国、德国、丹麦、日本和俄罗斯等为主的工业发达国家，助滤剂产品一直占主导地位，其次是填料、吸附剂、绝缘材料等。

我国于上世纪50年代仅有小规模的硅藻土开采和利用，并开始生产硅藻土催化剂载体，60年代开始生产硅藻土助滤剂。目前，关于硅藻土催化剂载体和助滤剂的研究报道较多。

近年来，随着人类环保意识和安全意识的不断增强，对室内装修材料多功能性、建筑保温材料防火性能要求不断提高，硅藻土在建筑材料领域的应用研究引起高度重视。各个硅藻土企业积极开展硅藻土建筑材料新产品的研发，拓展硅藻土应用领域。作为硅藻土矿产资源丰富的吉林省白山地区，立足特色资源，加强硅藻土资源整合，加速硅藻土产业园区建设，形成了以“临江市硅藻土工业集中区”和“长白县八道沟硅藻土特色工业园区”为主的产业基地。其中，临江生产的硅藻土助滤剂产品占国内市场的80%。白山市先后与15所科研院校建立了硅藻土科技研发合作伙伴关系，合作研究的重点问题是硅藻土的选矿提纯、超细技术、表面改性技术，硅藻土复合材料、污水处理和净水设备、新型环保功能材料的开发。

目前，国内从事硅藻土产品研发与生产的企业很多，如临江市圣迈硅藻土功能材料有限公司、临江市亨泰助滤剂有限公司、临江赛力特硅藻土有限公司、嵊州市华力硅藻土有限公司、临江市长白山助滤剂有限公司、吉林省临江天元催化剂有限公司等。硅藻土产品种类在不断增加，如硅藻土助滤剂、催化剂载体、硅藻土功能填料等系列产品，广泛应用于食品、医药、工业、建筑材料等领域。

但目前在硅藻土资源开发利用中普遍存在的问题是硅藻土资源浪费严重，除一级品外，低品位硅藻土占总量的70%，其提纯加工技术水平有限，多数低品位硅藻土被遗弃在矿层中；另外，我国硅藻土产品种类较少，目前许多企业的新产品技术不成熟。因此，进一步研究开发硅藻土新产品，尤其是利用低品位的二三级硅藻土，成为硅藻土领域关注的热点问题。