国内外硅藻土研究述评.pdf

第5 2 卷第4 期 2 000 年1 1 月 有色金属 N N F E R R o U SM E T A L S V o I ．5 2 ．N o ．4 N o v e m b e r20 00 国内外硅藻土研究述评 印万忠 东北大学，沈阳1 1 0 0 0 6 摘要综述了世界硅藻土的储量、分布、产量和产品的开发与应用，评述了国内硅藻土开发与研究的现状，特别对硅藻土的 提纯与应用研究进行了概述。展望并探讨了国内硅藻土的开发与利用前景及深入研究的方向。 关键词硅藻土；提纯；应用 中图分类号T D 9 8 5 姿献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 } 0 4 0 1 3 0 0 3 硅藻土是一种有机成因的硅质沉积岩，由含硅 藻的软泥固结而成，其主要矿物成分是蛋白石及其 变种。由于硅藻土由含氧化硅很高的硅藻、放射虫 或海绵的遗体组成，故具有容重小、比表面积大、孔 隙大、密度小、吸水率高、化学稳定性强等特点，因此 适用于很多工业部门，主要用于生产助滤剂、填料、 吸附剂、绝缘材料、磨料和载体等。 l世界硅藻土资源开发与应用概况 硅藻土矿物资源分布于世界各地，其中美国、中 国、日本、西班牙、丹麦等国均有较大储量，世界硅藻土 总储量约为8 亿t 。美国是世界上最大的硅藻土产品 生产商和消费国，其产品产量超过了世界产量的1 ／3 ， 它也是世界上最大的硅藻土出口国，其产品遍布世界 7 0 多个国家。在北欧，生产硅藻土产品的国家主要有 西班牙、丹麦和法国，德国和英国也有小批量生产，在 亚洲，中国和日本是硅藻土产品的主要生产国。 世界硅藻土产量由1 9 9 2 年的1 6 0 万t ／a 上升 到目前的2 0 0 万t ／a 。表1 为世界主要硅藻土产品 表1 世界主要硅藻土生产国的产量 万t ／a 作者简介印万忠 1 9 7 0 一 男，博士，讲师 生产国的产量 1 ，2 】。 表2 概况了世界上硅藻土产品的主要用途和应 用领域‘。 表2 世界硅藻土产品的主要用途和应用领域 作为硅藻土最大生产和出口国的美国，1 9 9 8 年 度生产的硅藻土6 4 ％用于助滤剂，1 4 ％用于吸附 剂，1 2 ％用作填料，2 ％作绝缘剂 阻燃剂 ，8 ％作其 万方数据 第4 期印万忠国内外硅藻土研究述评 它应用。1 9 9 8 年硅藻土的生产总量达7 6 ．7 万t ，总 价值达1 ．8 亿美元。日本是世界第三大硅藻土生产 国，2 0 世纪8 0 年代开始，其产量保持稳定增长， 1 9 9 8 年的产量达到了1 9 万t ，其1 9 9 7 年生产的硅 藻土，3 3 ％用于啤酒、日本米酒、糖、油的助滤剂， 2 1 ％用作建筑材料，1 1 ％用作耐火材料，3 5 ％作载 体、填料和其它使用。 2国内硅藻土开发和研究概况 中国是世界第二大硅藻土生产国，目前总生产 能力超过了4 0 万t ／a ，1 9 9 8 年的产量达3 5 万t ，特 别是2 0 世纪9 0 年代以来，产量增加速度很快。中 国有近5 0 个硅藻土矿床，遍布1 4 个省区。5 4 ％的 储量在吉林省，云南和浙江省也有很大的储量。中 国硅藻土生产最大的公司是吉林省临江赛利特硅藻 土有限公司。中国自1 9 6 5 年以来出口硅藻土，主要 出口地区是台湾、日本、香港和意大利。中国进口的 大部分硅藻土都来自美国。中国的硅藻土主要用于 生产绝缘材料，从1 9 9 8 年到1 9 9 2 年末，绝缘材料部 分的市场份额从8 4 ％跌到4 1 ％，填料、助滤剂和其 它应用增加。 我国硅藻土储量虽然很大．但是大部分为中低 品位的硅藻土，优质土较少。已发现的含优质土的 大型矿床只有长白一临江矿，其它矿床所含大多数 为三、四级土，由于杂质含量高，S i 0 2 含量偏低，杂 质中F e 2 0 n A l O ，和有机物含量偏大，不能直接深 加工利用。近年来，我国硅藻土助滤剂工业发展很 快，从7 0 年代末的两条简易生产线 生产能力1 0 0 0 t 左右 发展到目前的7 0 多条，生产能力达1 0 万t 左 右，其中除云南、浙江嵊县 采用物理一化学法将三 级土提纯为一级土做原料 、内蒙化德县助滤剂厂用 本地硅藻土做原料外，几乎都用长白一临江硅藻土 做原料，其中包括上海、宁波、河南、河北、山东、山 西、成都等地的厂家。长白一临江矿已与美国赛利 特公司合作，在中方已建成两条1 ．5 万t 助滤剂生 产线的基础上，又新建成一条年产2 万t 的生产线， 即该区已形成5 万t 生产能力，并预计逐步扩大生 产规模。由于原料用量大幅度增加及其它原因，该 区优质硅藻土难以对外供应。因此开发一些中小型 矿山的二级土和较好的三级土，将其提纯到一级土， 为深加工提供优势原料，以满足需求，成为目前亟待 解决的问题。 因此，国内在硅藻土方面的研究，主要针对劣质 硅藻土的提纯。如文献报导【3 】了采用擦洗一酸解 法对低品位硅藻土的提纯研究。低品位硅藻土如只 采用擦洗法，难度较大，且回收率较低、操作量大、周 期长。但如果不经擦洗粗提纯，直接用酸法提纯。由 于原矿中杂质含量高、酸解时间长，不仅周期长。而 且耗能高。研究表明，采用擦洗和酸处理相结合的 方法，不仅可提高精土回收率，而且酸解时间缩短为 原来的1 ／ 1 ．5 ～4 ，另外，由于可利用工业废酸提 纯硅藻土，不仅节约硫酸费用 降低生产成本7 5 0 元 ／t 精矿 ，而且无环境污染问题。研究认为，采用擦 洗一酸法提纯的精土质量高是因为擦洗分离除去了 石英、长石、蒙脱石等矿物杂质，酸洗热解可进一步 溶出硅藻壳外壁，尤其是微孔内杂质，其中大部分是 A 1 2 0 3 和F e 2 0 3 等，使硅藻纯度明显提高，最大限度 地改善硅藻壳的孔结构，降低了密度、堆密度，扩大 了孔径和孔容，可以更好地发挥硅藻土的多孔性功 能和热稳定性。通过对长白、临江、桦甸、抚松、化 德、海龙、敦化、米易等地二、三、四级土的提纯研究 表明【4 j ，二级硅藻土经二次擦洗提纯可达一级土指 标，回收率大于6 0 ％；质量较好的三级土，三次擦洗 提纯可达一级土指标，回收率大于5 0 ％；一般三级 土经四次擦洗，再经酸处理可达一级土指标，回收率 在3 5 ％左右。品位很低的四级或硅藻粘土提纯到 一级土比较难，且回收率很低，成本很高，不宜直接 提纯。南化研究院【5 J ，针对硫酸生产用催化剂载 体，采用硫酸处理，即先用9 0 ℃水洗去泥沙，于9 0 ℃ 以上在不断搅拌下用约3 8 ％硫酸处理1 2 h ，m 酪m 十 1 1 ，以除去F e z 0 3 、A 1 2 0 补M g O 等。处理后硅藻 土组成中S i 0 2 均在8 5 ％以上，有优良的物理化学 性能。吉林省某助滤剂厂对当地的三级粘质硅藻土 采用在硫酸处理时提高温度和实行硫酸焙烧法进行 提纯【6 J 。研究表明，采用此法可加快硫酸同杂质反 应的速度，处理时间由以往的1 2 h 降到1 ．5 h ；硫酸 焙烧处理，可采用回转窑等技术和设备，故节省投 资；通过处理可使三级土提纯达一级标准。昆明硅 藻土研究所对云南东部先锋高烧失量型硅藻土和西 部腾冲中低品位硅藻土采用十几种提纯方法进行了 提纯研究【7 ] 。研究表明，这些方法效果均较好，但 对于先锋硅藻土，酸处理一水洗一干燥工艺最好，产 品适于作钒催化剂；对于腾冲硅藻土，捣浆一离旋一 选择性絮凝一干燥工艺最好，产品适于作助滤剂。 针对我国硅藻土的实际情况，需进行多层次的 综合开发利用，达到产品多样化、系列化的目的，使 我国硅藻土工业走上可持续发展的道路。吉林大学 进行了较多努力 s J ，首先在硅藻土做填料的应用上 万方数据 1 3 2有色金属 第5 2 卷 进行研究，开发了硅藻土涂料、塑料和橡胶填料。如 通过对硅藻土作聚氯乙烯 白色 填料的研究表明， 塑料板撕裂强度、冲击强度等均较好。白山市科研 所利用硅藻土作无滴棚膜添加剂[ 9 1 ，效果良好，与 其它添加剂相比，硅藻土具有无滴显效期长，保温性 能好的优点。其次利用硅藻土加工催化剂载体及生 产钒催化剂方面进行了研究【l 州，经擦洗一酸法提纯 后的硅藻土在宝平硫酸厂试用，连续开车运行1 6 0 多天生产正常，催化剂活性未降低，无粉碎和阻力升 高等现象产生。最后在硅藻土做颗粒化肥包衣和粒 剂农药载体方面进行了研究u 1 J ，与敦化硅藻土矿合 作。利用低品位硅藻土加工成符合技术指标要求的 包衣材料。与磐石农药厂合作，利用低品位硅藻土 加工成粒剂农药载体，不仅效果好而且成本低。另 外，吉林大学还利用硅藻土生产复合净化剂处理造 纸废水【l2 | 。研究表明，利用提纯硅藻土下脚料制成 的复合净水剂处理造纸废水，效果优于硫酸铝絮凝 法和酸析法，特别是絮凝脱水快、处理周期短，且能 降低生产成本，减轻环境污染。敦化市工业总公司 利用吉林低品位的硅藻土[ 1 3 1 ，通过一些简单工艺将 其制成微小多角、多孔隙的陶粒，作为沥青混合料的 填料，可提高亚微观界面的结合力，并代替优质矿 粉，降低一级路面的建筑成本。还有扩容处理后的 硅藻土在复合保温材料中的应用研究【l4 l ，表明硅藻 土经酸和焙烧扩容处理后，硅藻土的比表面积、孔体 积增加，容重降低，表面及内部孔道中的惰性杂质活 性增强，工艺性能得到改善，制备复合保温材料导热 系数明显降低，耐火度大大提高，扩大了硅藻土保温 材料的使用范围。 3国内硅藻土开发和利用前景 及研究方向 国外目前已开发出5 0 0 多种产品，其中助滤剂 就达1 5 0 多种，我国硅藻土助滤剂仅1 0 多种，每年 需进口1 ／4 左右的产品，因此开发硅藻土新产品乃 当务之急。另外，我国大部分是中低品位的硅藻土， 优质土较少。因此开发一些中小矿山的低品级硅藻 土，通过物理和化学的方法将其提纯到一级土，可以 为硅藻土深加工提供优质原料。通过开发与硅藻土 相关的新产品，如吸附剂等，可以提高硅藻土原料和 产品的价值，为企业创造更大的经济效益，同时，把 开发出的硅藻土吸附剂应用于废水处理、污物处理 等领域中，可以为环境保护做出贡献。今后硅藻土 的主要研究，除了着重解决硅藻土的提纯问题外，可 以从硅藻土的矿物结构、矿物基本物理化学性质入 手，通过系统的基础研究，掌握硅藻土的各种性质与 其结构特性间的关系，进而开发性能优良的硅藻土 新产品。 参考文献 1 P e n n yC r o s s l e y ．I n d u s t r i a lM i n e r a l s ，2 0 0 0 3 9 0 3 ，1 1 9 2I n d u s t r i a lM i n e r a l s ，1 9 9 9 ， 3 6 8 1 1 。2 3 3 王泽民，岳贵春，马小凡．非金属矿，1 9 9 6 ， 2 4 2 4 王泽民等．非金属矿，1 9 9 7 ， 6 2 0 5 南化公司研究所。石油化工，1 9 7 5 ，4 4 3 6 6 6 吴仙花等．非金属矿，1 9 9 8 ， 4 2 7 7 于乾．非金属矿，1 9 9 7 ， 5 2 4 8 王泽民．非金属矿，1 9 9 9 ， 5 2 3 9 任象玉等．非金属矿，1 9 9 7 ， 2 4 6 1 0 王泽民．见中国化学学会第二届全国应用化学学术会议论文集．哈尔滨，1 9 8 8 1 1 王泽民．农药，1 9 8 9 ， 3 1 2 王泽民等．非金属矿。1 9 9 7 ， 3 3 3 1 3 杨加峰等．非金属矿，1 9 9 7 ， 1 4 0 ，2 4 1 4 李国昌，王萍．中国非金属矿工业导刊，2 0 0 0 ， 2 1 9 万方数据