硅藻土新功能材料產業技術發展匯編-資料下載頁

　　

【正文】 占有更大的份額，是絕人多數非金屬礦物無法替代的。 我國硅藻土年產量約 3O萬 t，其中 lO余萬 t用于出口。我國 60％以上的硅藻土用于生產保溫材料，10％用于生產各種填料，另有部分用于助濾劑。1997年美國的硅藻土消費量為 56．1萬 t，消費構成為 ：助濾劑 67％，填料 1 3％，其他 20％。 從年消費量上看，中國與美國的硅藻土消費量相差約 4倍 ，從硅藻土的消費結構來看，我國比較單一，主要用于保溫材料，我國同發達同家存在明顯差距。我國硅藻土從品種和產品質量上均不能滿足市場要求，在許多領域沒有得到充分應用。因此，根據我國硅藻土的特點，借鑒國外的先進技術，提高硅藻土品質，開發硅藻土的新用途將給硅藻土行業帶來新的機遇。在化工領域，以硅藻土為原料或基材合成組裝新型多孔材料，開發新型催化劑，是提高產率和分離效果的必要手段．還需進一步加強和探索。納米 、亞微米、微米、毫米孔徑組成的多孔玻璃材料，在醫療分析、生物工程、石油化工、建筑、軍工等部門應用前景良好。 隨著生活水平的提高，人們越來越關心居室環境，在這一方面硅藻土更是大有可為。從國外的發展情況來看 ，利用硅藻土生產的新型瓷磚 、陶瓷 、涂料 、吸附材料及輕型建材日新月異，而我國還處于起步階段，其潛在市場是十分巨大的。在環境污染治理方面，硅藻土成膜應用技術近年來也受到了廣泛關注，多種硅藻土分離膜相繼開發，硅藻土凈化處理技術也日趨完善，現在重要的是將其積極應用在環保中。在農業方面，我國在國家 “十五”糧食行業科技發展規劃中，明確提出了利用硅藻土防治儲糧蟲害技術應用的開發。如果在農業上普遍推廣，不僅節約大量糧食，也為我國水土保持、生態恢復和改良起到不可小視的作用。相信在不久的將來，我同的硅藻土應用領域將越加寬廣。硅藻土國內外發展現狀及展望1 硅藻土及微觀結構硅藻是一種單細胞藻類，其形狀極為細小，一般只有幾微米到幾十微米 .在某些特定環境下，生活在水中的硅藻能以較快的速度生長、繁殖 .硅藻土是由單細胞低等水生植物硅藻的遺骸堆積而成，是一種生物成因的硅質沉積巖，主要由古代硅藻遺體組成，主要成分是無定型 SiO2，具有大量微孔，非晶體結構，此外，還含有少量的 Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O，P2O5和有機質.硅藻土的礦物成分主要是蛋白石及其變種，其次是粘土礦物—水云母、長石、黑云母及有機質等，有機物含量從微量到 30 % 以上 .硅藻土的顏色為白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等，有細膩、松散、質輕、多孔、吸水和滲透性強、熔點高、隔熱、吸聲、折射率低、化學性能穩定等特點.硅藻土種類很多，主要有直鏈型、圓篩型、冠盤型、羽紋型等(見圖 1).其中直鏈型硅藻體是單節和雙節圓筒體，圓筒中空，表面整齊排列著許多微孔；而圓篩型，冠盤型硅藻體呈圓篩或圓環形； g/cm3～，莫氏硬度為 1～( um～5 um)，孔隙率達 80 %～90 %，能吸收其本身重量的 ～4 倍的水，是熱、電、聲的不良導體，熔點1650 ℃～1750 ℃，化學穩定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強酸，但能溶于強堿溶液中.硅藻土表面被大量的羥基所覆蓋、且有氫鍵的存在， 酸和硅氧四面體中硅取代鋁產生的 L酸，均可與堿發生反應（見圖 2），合理改變硅藻土結構對硅藻土的應用有很重要的影響.世界硅藻土資源十分豐富，分布范圍很廣，已知全球共有硅藻土 億 t～20 億 t，遠景儲量 ，主要集中在東部及西南地區，其中探明儲量的礦區有 354 處，礦石總保有儲量達 億 t，僅次于美國，居世界第 2 10 省(區)，以吉林省最多，占全國儲量的 ％，云南、福建、在黑龍江、山西、海南也發現了硅藻土礦.2 硅藻土的提純硅藻土中Ⅰ，Ⅱ級品占少數，中低品味儲藏量較大，大多含有雜質，且活性較低，方法也較多，常用的有：(1) 酸浸法 . 將氫氟酸和硫酸的混合酸與原土按照一定比例混合攪拌均勻，使硅藻土中的 A12O3，Fe2O3，CaO，MgO 等雜質生成可溶性鹽類，然后經壓濾、洗滌、干燥，得到優質純硅藻土 .酸處理的反應時間、用酸量、液固比等，在純度提高的同時，密度變小，孔容、比表面積等增大，孔結構明顯改善，是深加工產品的優質原料，并且酸液可以回收利用.(2) 擦洗法 . 擦洗可將原料顆粒打細，而硅藻殼不被破壞，去除雜質，使 ，.(3) 焙燒法 . 焙燒法對高燒失量型硅藻土十分有效 .通過 600 ℃～800 ℃ 煅燒，SiO2含量可顯著提高，同時孔徑增大，表面酸強度增加 .硅藻土的比表面積隨焙燒溫度的提高而增加，450 ℃ 焙燒后達最大值，此后隨焙燒溫度的升高而下降；900 ℃ ，還有熱沉降法、磁選法、熱浮選法等，但都有各自的局限性， SiO2含量增大，內部孔隙結構趨于合理，能夠大幅度增強使用效果.3 硅藻土的應用在歐洲，硅藻土作為礦物資源使用已有一百多年的歷史， 世紀后，由于工業技術的發展，產品已遍及環境、建筑、農業、工業、冶金、食品、化工、電子等各個領域 .我國自上世紀50 年代應用硅藻土資源以來，隨著關注度的加大及科研水平的提高，硅藻土的綜合利用能力迅速提高，涉及領域逐漸擴大、用量日增. 硅藻土在水處理中的應用硅藻土具有大量的有序排列微孔，從而使硅藻土具有很大的比表面積，形體內含有上千個納米級微孔，所以具有很強的吸附力和吸附容量，且化學性質穩定，不溶于任何強酸，、日本等國的使用率均在 60 % 以上.日常生活廢水及工業廢水通常采用吸附法進行處理。硅藻土的表面及孔內表面分布有大量的硅羥基，在水溶液中電離后使表面形成負電性，對帶正電的膠態污染物可以進行有效吸附 .而對于多數帶負電的生活污水及工業廢水，需先將硅藻土進行焙燒、酸洗等預處理 ，使硅藻土表面純凈及排列一致，并加入陽離子混凝劑，如鋁系或鐵系混凝劑，制成硅藻土精土水處理劑 ，不僅吸附負電荷膠體粒子，而且由于膠體間還存在氫鍵、共價鍵、極性鍵等，故使膠體離子可以吸附更多的粒子，致使膠體顆粒電荷改變符號，同時對正負兩種電荷膠體產生吸附作用，大大提高了污水處理效果，國內外對此均有大量研究，如 Jinlu Wu等對比研究了硫酸鋁改性硅藻土、原硅藻土和活性炭污水處理的效果，用硫酸鋁改性后硅藻土對于各種污染物的去除率都能提高 20 %～50 %，在添加量僅為 150 mg/L 時， 將 60 ℃～80 ℃ 下用硫酸活化1h的硅藻土用于處理造紙廢水(pH 值 ，色度 2 000 度，COD 為 1 065mg/L)，投加量為 g/L，污水的色度去除率為 98 %，COD 去除率為 %.Majeda 還應用錳氧化物溶液浸漬法制得了錳基改性硅藻土，對 Pb ，Cu ，Cd 的去除率也顯著提高，通過減少硅藻土表面錳氧化物，還可以使吸附能力進一步增強.此外，經煅燒后制得可反復沖洗的復合薄膜，沖洗后硅藻土脫落，而氧化鋁膜可繼續使用，在保證使用效果的同時節省了成本. 硅藻土在建材中的應用針對我國硅藻土資源豐富，但高品位硅藻土儲藏量很小的特點，將硅藻土應用到建材中成為合理利用資源的一條有效途徑.目前，我國用于輕質墻體材料的主要原料有浮石、膨脹珍珠巖、蛭石、粉煤灰輕質陶粒、自燃煤矸石等，且含有粘土質礦物，具有較強的可塑性、粘結性、燒結性，經加工后有一定的強度和硬度，同時空隙率較高，還可以作為保溫墻體材料使用，如保溫磚，保溫板等，也利于減輕結構重量 .硅藻土含有較多的 SiO2，經過煅燒、超細粉磨、酸化等處理后，可以增加硅藻土表面積，激發硅藻土活性，與水泥水化產物發生反應，因此，可作為活性火山灰材料使用 ，甚至可以替代部分水泥摻入到混凝土當中，制備輕骨料混凝土 ，經實驗測得其絕干重量為 800 kg/m3～1 190 kg/m3，7 d～56 d 抗壓強度為 MPa～8 MPa.除傳統材料外，以硅藻土為主要原料，添加其他化合物，可以制得很多性能更為優良的建筑材料 .如日本應用硅藻土多孔吸濕和放濕的功能， K2O及某些有機化合物，高溫處理制得可導電，防火的涂料；從硅藻土中提取 SiO2及少量 Al2O3，再涂加一些堿金屬，經一系列工序后可制得泡沫玻璃，是一種較好的隔熱、吸聲材料 .用二次燒成法制備的以硅藻土為主要原料的裝飾性陶瓷具有強度高、吸水率小、收縮率低等特點，硅藻土通訊電纜防火管道，硅藻土玻璃纖維增強板，硅藻土微孔玻璃等新型制品在國內外已開始生產應用. 硅藻土在農業中的應用硅藻土在農業中的應用主要是能夠起到防治蟲害的作用，因為硅藻土顆粒表面帶有鋒利的邊緣，可以刺入害蟲體內，并粘附在體表，引起害蟲呼吸、消化等系統紊亂，破壞害蟲表皮中蠟質結構造成其脫水導致死亡，并且硅藻土本身無毒，易與糧食分離，能夠安全使用.此外，可以利用硅藻土的多孔結構，將其涂覆在化肥表面，作為載體及包裹劑使用制成顆粒狀化肥，這樣可以防治化肥結塊，還具有緩釋作用，使肥效能夠持久有效地發揮作用. 硅藻土在食品工業中的應用產過程主要包括除雜和煅燒，孔隙率控制在 85 % 左右.由于硅藻土具有很強的吸附能力，可起到除菌、除雜質、異味，使產品質量穩定，目前，在飲料與酒類生產中得到廣泛應用 .如對于發酵后的啤酒，用硅藻土可以去除酵母菌，還可吸附蛋白質及細菌，使啤酒清亮透明釉光澤，長時間不產生沉淀，解決了以往加熱法對產品澄清度的影響，避免焦糊味，影響口感. 硅藻土填料的應用在硅藻土應用當中用途最廣泛的就是作為填料使用 .硅藻土具有質輕、孔隙率大、比表面積大、化學穩定的特點，作為填料加入能使材料產生彈性效應、強度效應、光學效應等變化 ，也稱功能材料.在油漆、涂料的生產中，利用硅藻土顆粒細小，可以起到消光作用，使涂料和油漆表面更加平整光滑，并能增加涂料含固量，加快干燥速度，提高粘結力，改善力學性能，高分子制品中加入硅藻土，主要功能是提高制品彈性，耐老化性 .如將塑料的防老化劑，抗氧化劑以硅藻土作為載體使用，效果更為顯著 .如聚硅酮橡膠中加入硅藻土增強機械性能；將硅藻土加入到聚甲醛中可以提高穩定性利于精密成型 ；硅藻土還可對瀝青進行改性處理，提高熱穩定性. 利用硅藻土良好的電絕緣性，吸附性等，還可廣泛用作電絕緣填料，肥皂填料，乙炔容器，炸藥穩定劑、電焊條填料，蓄電池分離板，液氮容器中作為粉末絕熱劑，顯著降低蒸發率 .法國將硅藻土應用在太陽能貯存器的六水合氯化鈣中測定焓變.除以上常見用途外，硅藻土可利用其自身不同特點作為拋光劑，重金屬吸附劑，也可制取白炭黑等，還可用于高精產品的生產中，如應用酸浸硅藻土制作微孔陶瓷 ，將硅藻土作為培養基制取碳納米管.4 展望如今，隨著人們對硅藻土這一礦物資源研究的逐漸深入，其應用范圍越來越廣泛，但大多數仍局限于直接利用硅藻土自身多孔、吸附性強等特點，作為填料及助濾劑使用，并未做到對硅藻土進行改性處理，將其作為原料，更應利用該優勢，重視硅藻土資源的開發利用，不僅要擴大硅藻土應用范圍，更需要提高硅藻土應用層次，并將其作為一種精細化工資源，.54 / 55