硅藻土的应用

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1、目录1 矿产资源概述11.1 硅藻土矿床特点11.2 全球硅藻土资源概况11.2.1 北美11.2.2 欧洲11.2.3 非洲11.2.4 亚洲11.3我国硅藻土概况及特点22工业用途22.1硅藻土的应用22.2硅藻土产品优点32.3 几种主要产品的市场分析及预测52.3.1 助滤剂52.3.2 催化剂载体52.3.3 功能性填充剂52.3.4 轻质保温材料52.3.5 硅酸钙绝热制品52.3.6 硅藻土隔热砖52.3.7 玻璃工业应用63 硅藻土特点63.1原矿性质63.2硅藻土矿石特征64 工业上主要利用的矿床类型74.1 矿床的成因类型74.2矿床工业类型74.2.1 吉林长白马鞍山硅藻

2、土矿床（型）74.2.2云南腾冲蒲川曼朵硅藻土矿床（型）84.2.3云南寻甸先锋硅藻土矿床（型）94.2.4 四川米易中梁子硅藻土矿床（型）95 矿石质量评价体系96 硅藻土选矿加工106.1 擦洗沉降106.2 酸处理正交优化试验116.3 碱处理正交优化试验136.4 煅烧正交优化试验157 参考文献171 矿产资源概述1.1 硅藻土矿床特点 硅藻土是含硅质生物沉积岩, 即是硅藻遗体沉积物。它与其它无机的非金属矿物（膨润土、叶蜡石、沸石等）不同, 是有机成因。由于硅藻土的物质组份主要是硅藻, 其矿物成份为非晶质态的蛋白石硅藻蛋白石, 与天然的二氧化硅胶凝体蛋白石不同, 是一种有机成因的特殊

3、矿物, 硅藻的SiO2 不是纯含水氧化硅, 而是一种独特的氧化硅） 硅藻质氧化硅, 硅藻土的许多特性和用途都与其特殊的矿物结构和独特的氧化硅形成的硅藻壳的特殊结构构造有关。 硅藻土矿床的形成离不开大量硅藻群体的堆积和不断形成沉积物, 尽管实际的化石迹象缺乏, 但硅藻明显地广泛生活在整个地质年代中） 从前寒武纪直到现代。而真正具有经济价值的硅藻土矿床大多局限于第三纪及更晚的海相和湖相沉积地层中。这是因为硅藻是到了晚白垩纪才开始大量出现。 硅藻土矿床一般按形成的环境和时间分为三种类型：沉积于大陆边缘的海相硅藻土矿床, 如美国加州的Lompoc 矿。沉积于湖泊、沼泽的陆相硅藻土矿床, 如分布在法国中

4、部地块和美国内华达, 俄勒冈、华盛顿等州及加州东部的硅藻土。现代湖泊、沼泽、泥塘中沉积的硅藻土矿物, 如佛罗里达、新罕布什尔和新约克群的现代湖泊、沼泽、泥塘中的含硅藻沉积物。 现代海洋沉积是硅藻土资源的第四种类型。1.2 全球硅藻土资源概况 世界硅藻土资源十分丰富, 分布范围很广, 除南极其它各洲均有发现, 已知全球共有硅藻土18. 42 20 亿吨, 远景储量35. 73 亿吨。其中亚洲居第一位, 约10 亿吨, 欧洲5 亿吨, 美洲, 非洲和大洋洲5 亿吨。1.2.1 北美美国：东海岸和西海岸诸州, 特别是在与上述各州邻近的内地都有硅藻土矿床的产出, 但就资源量来说, 主要是集中在西部各州

5、, 美国加州不但拥有世界上最大的海相硅藻土矿床（Lompoc 硅藻土矿） , 而且还拥有可能是世界上最大的商业级淡水硅藻土矿床（该矿床赋存于沙斯塔郡Britton 湖区）。加拿大:有经济意义的硅藻土仅有位于布列颠哥伦比亚洲温哥华北克内尔矿床。墨西哥:硅藻土资源主要分布在北部, 其中质量最好的矿床要数Gatarina 矿。1.2.2 欧洲法国是欧洲最主要的硅藻土资源国, 主要资源分布在南部中央高原地区, 均为第三纪第四纪的淡水硅藻土矿床。德国主要分布在下萨克森州, 集中分布在汉诺威与汉堡之间。意大利商业性硅藻土矿床主要位于蒙特阿米亚塔附近。西班牙高质量的硅藻土资源主要分布在东南部的湖相沉积矿床。

6、奥地利分布有欧洲最大的硅藻土矿床） Limberg 矿床。前苏联主要分布于伏尔加河中游, 另外, 西西伯利亚地区有巨大的资源潜力。1.2.3 非洲南非:主要硅藻土矿床仅分布于Ermelco 地区和Prieka 地区。东非:主要分布在肯尼亚吉尔吉尔附近, 是沉积在东非大裂谷更新代湖泊中。南美:阿根廷、巴西、秘鲁、智利、哥伦比亚各零星小型硅藻土矿床产出。1.2.4 亚洲日本: 主要分布在本洲东北部和中西部地区, 九洲东部和鹿儿岛, 海、湖相矿床均有产出。印尼、朝鲜有少量硅藻土资源, 刚好满足本国市场需求。澳大利亚和新西兰均有小型硅藻土矿床, 其中用作助滤剂级的硅藻土主要依靠美国进口。1.3我国硅藻

7、土概况及特点 目前我国已在14 个省市自治区发现硅藻土矿70 余处, 已探明储量4. 06 亿吨, 远景储量超过20 亿吨。在吉林长白、内蒙、广东徐闻、云南腾冲4 处发现了优质硅藻土, 其中吉林长白是世界上储量达上千万吨的优质硅藻土产地之一。在黑龙江省嫩江地区发现质佳量大的硅藻岩, 在云南先锋和黑龙江鸡西发现规模巨大的高烧失量型硅藻土, 在云南宾川和山西张村发现了高钙硅藻土。全国已发现的硅藻土资源占世界探明储量的19. 11% , 仅次于美国、居世界第二位。我国硅藻土资源有以下特点:产地和储量均高度集中, 有利于建设大量基地。全国4. 06 亿吨的硅藻土储量只分布在河北、内蒙、吉林、浙江、福建

8、、江西、山东、广东、四川和云南10 个省区, 并高度集中于云南、吉林两省, 其中以吉林储量最多, 计2. 1 亿吨, 占全国一半以上, 云南0. 82 亿吨, 占全国总量的20%, 浙江第三, 储量0. 43 亿吨, 占全国总量的6. 4% 以大中型矿床为主, 利用规模经营全国的硅藻土产地中, 有19 个大中型矿床拥有全国储量的99. 3%, 极有利规模开采, 小型产地储量极少, 仅占全国总量的0. 7%。矿石以含粘土硅藻和粘土质硅藻土为主, 质量差, I、II 级品极少, 国外主要矿床的矿石类型以硅藻为主, 含SiO2多在80%以上, 以I、I I 级品为主; 而我国硅藻土矿粘土含量较高,矿

9、石类型多为粘土硅藻型和粘土质硅藻土型, 含SiO2多在80%以下, I、II 级品占少数。我国主要矿区与国外各天然硅藻土化学成份对比如表1所列。2工业用途硅藻土的工业填料应用范围 农药业：可湿性粉剂、旱地除草剂、水田除草剂以及各种生物农药。2.1硅藻土的应用（1） 复合肥料业：果木、蔬菜、花草等各种农作物的复合肥。应用硅藻土优点：吸附性能强、容重轻，细度均匀，PH值中性无毒，混合均匀性好。 硅藻土可成为高效肥料，促使农作物生长、改良土壤等方面作用。悬浮性能好，吸附性能强，容重轻，吸油率115%，细度在325目-500目，混合均匀性好，使用时不会堵塞农机管路，在土壤中能起到保湿、疏松土质、延长药

10、效肥效时间，助长农作物生长效果。（2） 橡胶业：车辆轮胎、橡胶管、三角皮带、橡胶滚动、输送带、汽车脚垫等各种橡胶制品中的填料。应用硅藻土优点：能明显增强产品的刚性和强度，沉降体积达95%，并可提高产品的耐热、耐磨、保温、抗老化等化学作用的性能。（3） 建筑保温业：屋顶隔热层、保温砖、硅酸钙保温材料、多孔性煤饼炉、隔音保温防火装饰板等保温、隔热、隔音建筑材料、墙体隔音装饰板、地砖、陶瓷制品等。（4） 硅藻土应在水泥中作添加剂，在生产水泥中加5%硅藻土，可提高搞强度ZMP，水泥中SiO2变活性，可作为抢险水泥作用。（5） 塑料业：生活塑料制品、建筑塑料制品、农用塑料、窗门塑料、各种塑料管道、其它轻

11、重工业塑料中制品。（6） 造纸业：办公用纸、工业用纸等各种纸张；应用硅藻土优点：体质轻软，细度在120目至1200目范围内，硅藻土加入能使纸张平滑，重量轻，强度好，减少因湿度变化而引起伸缩，在卷烟纸中可调节燃烧率，无任何毒性副作用，在滤纸中可提高滤液澄清度，并使滤速加快。油漆涂料业：家具、办公用油漆、建筑涂料、机械、家电油漆、油印墨、沥表、汽车油漆等各种油漆涂料填料；（7） 饲料业：猪、鸡、鸭、鹅、鱼类、鸟类、水产等各种饲料的添加剂。应用硅藻土优点：PH值中性、无毒，硅藻土矿粉具有独特的孔隙结构，体重轻软，孔隙度大，吸附性能强，形成色泽浅淡柔和，拦入饲料中能均匀分散，并与饲料颗粒粘结混合，不易

12、分离析出，畜禽食后促使消化，并能把畜禽肠胃道的细菌吸附后排出体外，增强体质，起到强筋健骨作用，水产类投放在鱼塘池内水质变清，透气性好，提高水产成活率。（8） 抛光磨擦业：车辆中的刹车片抛光、机械钢板、木材家具、玻璃等；应用硅藻土优点：润滑性能强。皮革人造革业：人造革制品等各种皮革。（5）由于具有防晒性强、体质软轻、能消除皮革污染容量轻、PH值属中性、无毒，粉质轻软光滑、强度性能好、防晒抗高温等特点而广泛作为汽球产品的优质填料。硅藻土应用在蚊香属优质填料，硅藻土能吸附药物提高杀蚊虫效果。应用硅藻土优点：PH值属中性，无毒，容重轻0.35，粉体细宜起到混合均匀性好，SiO267%，促使人体健康的作

13、用。随着人民生活水平的提高，健康意识的增强必须应用无毒无烟蚊香，硅藻土能起到助燃，无烟，无毒，深受用户欢迎。涂料、油漆、污水处理等行业。2.2硅藻土产品优点 硅藻土涂料添加剂产品，具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，能为涂料提供优异的表面性能，增容，增稠以及提高附着力。由于它具有较大的孔体积，能使涂膜缩短干燥时间。还可减少树脂的用量，降低成本。该产品被认为是一种具有良好性价比的高效涂料用消光粉产品，已被国际上众多的大型涂料生产商作为指定用品，广泛应用于乳胶漆,内外墙涂料,醇酸树脂漆和聚酯漆等多种涂料体系中，尤其适用于建筑涂料的生产。应用涂料、油漆中，能够均衡的控制涂膜表面光

14、泽，增加涂膜的耐磨性和抗划痕性，去湿、除臭、而且还能净化空气，隔音、防水和隔热、通透性好的特点。不含毒 许多以硅藻土为原料的新型室内外涂料、装修材料，在国内外越来越受到消费者的青睐。在中国是一个潜在的发展硅藻土室内外涂料的一种天然材料，不含有害化学物质，除了具有不燃、隔音、防水、重量轻以及隔热等特点外，还有除湿、除臭、净化室内空气等作用，是优良的环保型室内外装修材料。硅藻是最早在地球上出现的一种单细胞藻类，生存在海水或者湖水中，形体极为微小，一般只有几微米到十几微米。硅藻能进行光合作用，自制有机物。常常以惊人的速度生长繁殖。它的遗骸沉积形成硅藻土。硅藻土主要成分是硅酸质，表面有无数细孔，可吸附

15、、分解空气中的异味，具有调湿、除臭功能。采用硅藻土为原料生产出来的建材，不仅具有不燃、除湿、除臭和通透性好的特点，而且还能够净化空气、隔音、防水和隔热。这种新型建材优点多，成本并不高，因此被广泛使用在了各种装修工程之中。 上世纪80年代以来，日本住宅的室内装修使用了大量含有众多化学物质的装饰材料，引发了“室内装修污染综合症”，影响了一些人的身体健康。为了减轻这种因住宅装修带来的负面影响，日本政府一方面修改了建筑基准法，严格限制散发有害化学物质的建筑材料在住宅室内使用，并严格规定了室内必须配备机械换气设备，实施强制性换气。另一方面，积极鼓励和支持企业开发不含有害化学物质的新型室内装修装饰材料。调

16、节湿度 日本北见工业大学的研究成果表明，用硅藻土生产的室内外涂料、装修材料除了不会散发出对人体有害的化学物质外，还有改善居住环境的作用。 首先，可以自动调节室内湿度。硅藻土的主要成分是硅酸质，用它生产的室内外涂料、壁材具有超纤维、多孔质等特性，其超微细孔比木炭还要多出5000到6000倍。在室内的湿度上升时，硅藻土壁材上的超微细孔能够自动吸收空气中的水份，将其储存起来。如果室内空气中的水份减少、湿度下降，硅藻土壁材就能够将储存在超微细孔中的水份释放出来。 其次，硅藻土壁材还具有消除异味的功能，保持室内清洁。研究和实验结果表明，硅藻土能起到除臭剂的作用。如果在硅藻土中添加氧化钛制成复合材料，能够

17、长时间消除异味和吸收、分解有害化学物质，并能够长期保持室内墙面清洁，即使家中有吸烟者，墙壁也不会发黄。 第三，研究报告认为，硅藻土装修材料还能够吸收和分解引起人过敏的物质，产生医疗效果。硅藻土壁材对水分的吸收和释放能够产生瀑布效果，将水分子分解成正负离子。由于水分子被包裹，形成正负离子群，然后以水分子为载体，在空气中四处浮游，拥有杀菌能力。在空气中到处浮游的正负离子群遇到了过敏物质以及其他细菌、霉菌等有害物质，就能立即将其进行包围和隔离。然后，正负离子群中性能最活跃的氢氧根离子与这些有害物质进行剧烈的化学反应，最后将它们彻底分解成水分子等无害物。 硅藻土室内外涂料、装修材料还能够吸收和分解导致

18、人过敏的物质，有医疗功能。硅藻土壁材对水份的吸收和释放能够产生瀑布效果，将水分子分解成正负离子。正负离子群在空气中四处浮游，有杀菌能力。表现用硅藻土添加到涂料中用于消光及吸附异味，在国外已应用多年，国内企业逐渐意识到硅藻土应用到涂料及硅藻泥中的优异表现。用硅藻土生产的室内外涂料、装修材料、硅藻泥除了不会散发出对人体有害的化学物质外，还有改善居住环境的作用。硅藻土涂料添加硅藻土后，目前已被国际上众多的大型涂料生产商作为指定用品，广泛应用于硅藻泥、乳胶漆,内外墙涂料,醇酸树脂漆和聚酯漆等多种涂料体系中，尤其适用于建筑涂料的生产。应用涂料、油漆中，能够均衡的控制涂膜表面光泽，增加涂膜的耐磨性和抗划痕

19、性，去湿、除臭、而且还能净化空气，隔音、防水和隔热、通透性好的特点。 硅藻土的应用, 必须随世界科技和经济的发展而发展, 2000 年世界硅藻土总量达200 万吨左右, 其中, 助滤剂的增长幅度最大, 其次是轻质隔热材料和其它精细化工产品, 消费增幅大的地区在北美、西欧、南非、中东、东亚和东南亚。 在国内市场, 硅藻土助滤剂将以较快速度增加, 除稳定产品质量和推出新型号的同时,还应把眼光更多地转向啤酒以外的领域, 并不断地引进和拉动其它领域消费的增长。同时,硅藻土功能性填料和涂料也将会有较大的发展, 催化剂载体生产, 在今后一段时间有缓慢增加。保温材料面临大宗低档产品的换代以及高性能产品的开发

20、和推广。硅藻土的化工利用已经作为一个重要的方向受到关注, 预期不久将会取得大的进展, 新的市场也会随之形成。2.3 几种主要产品的市场分析及预测2.3.1 助滤剂 在今后相当的一段时间内助滤剂仍将是硅藻土制品中产值较大, 市场前景最大。2.3.2 催化剂载体 可以用作催化剂载体的材料相当广泛。在石油工业中用的催化剂载体、吸附剂, 主要有3A、4A、5A、15X 分子筛、活性氧化铝、活性白土、活性炭、硅胶等, 基本上不选择硅藻土作载体。为了发展我国的石化工业, 上列各种类型的载体我国已经形成批量生产能力。调查表明,我国石化和化肥生产中用硅藻土作催化剂载体的不多, 年用量不到200 吨, 且没有扩

21、大的迹象, 目前和今后用量最大的硅藻土催化剂载体仍将是硫酸生产的钒催化剂。但至2010 年, 硫酸生产即便达到3000 万吨规模, 其钒催化剂用量也不超过6000 吨。钒催化剂现有的生产能力已经基本满足那时的需要。其时硅藻土精土的需求量最多不过3900 吨, 这种生产能力, 目前也已具备。2.3.3 功能性填充剂由于硅藻土易粉碎, 有一定的强度, 流动性好, 在液体中沉降速度慢, 及有多孔吸附性,精土色白、无毒性, 故是良好的填充剂。世界各国硅藻土用作填料, 年耗量多约占总产量的20% 左右, 仅次于助滤剂耗量。从目前我国来看, 硅藻土作为填充剂的用量比例还很小, 特别是在橡胶、颜料、造纸、农

22、药、涂料等工业上的应用, 仍处于开始阶段, 其发展前景十分可观。2.3.4 轻质保温材料 随着冶金、建材工业的迅速发展需要大量的高强耐火、隔热材料, 而国内保温砖产品单一, 质量低, 目前我国仍要大量进口解决。因此, 使用优势资源开发新型高强轻质硅藻土系列保温制品, 将会有广阔的前景, 同时, 随着我国建筑业向高层宽敞方向发展, 急待解决质轻、高强的建筑材料。就此, 使用低品位的硅藻土大批生产轻质隔墙砖, 也将会产生巨大的经济效益。 我国硅藻土保温隔热材料工业正面临调整和改造。目前的情况是大宗生产的普通隔热砖强度低, 高温下多粉化, 使用周期短, 其使用范围受到限制, 现有生产能力已超过市场需

23、求; 而一些高档保温隔热制品尚需进口; 但另有某些新型高质量的保温材料如微孔硅酸钙,强轻质硅铝保温砖等已批量出口, 但远未能满足国际市场的需求。因此, 硅藻保温隔热材料向高性能, 多用途方向发展, 同时逐步减少普通隔热材料的生产, 已成为今后发展趋势。2.3.5 硅酸钙绝热制品 电力系统是主要使用部门, 我国已形成年20 万m3 的生产能力, 1994 年实际生产量为15万m3 左右。电力部门用量1995 年为7. 1万m3, 2000年为10万m3。此外, 冶金、石油、化工等行业硅酸钙用量也较大, 1995 年的消费量为9 万m3左右, 2000将达到12万m3。如图表2所示表2 微孔硅酸钙

24、国内需求量预测 单位: 万m3年份19891994199520002010需求量10.615.016.022.344.02.3.6 硅藻土隔热砖冶金系统用量占总消费量的60%。另40%用于其它行业的设备, 窑炉保温隔热。其中,普通型隔热砖市场萎缩; 高强轻质型隔热砖产销形势较好, 并逐步替代日本、丹麦的产品, 生产稳步增长, 并向系列化和国际标准接轨方向发展。这两类砖的未来需求如下表3表3 我国硅藻土隔热砖产量及需求预测 单位: 万吨产品名称 年份19901994199520002010普通硅藻砖2.82.282.01.91.0高强硅藻砖0.651.602.505.2523.02.3.7 玻璃

25、工业应用硅藻土的本质是含水的非晶质二氧化硅, 是轻质硅氧, 其熔融点为1600e 左右, 低于石英熔点（1700 e ） , 故是玻璃工业的节能原料, 其需用量也很广阔。硅藻土属我国资源优势的矿种, 我国的硅藻土工业区处于发展成长期, 但目前开发水平还不高, 除少数产品达到国际水平外, 大多数产品质量还待提高, 从资源优势转化为产品优势和经济优势的发展空间虽然很大, 但要想在国际市场占优势还须付出较大的投入和努力。3 硅藻土特点 硅藻土，英文名称diatomite，又称硅藻土助滤剂、硅藻土填料、硅藻土保温材料、硅藻土土壤改良剂、硅藻土饲料添加剂、硅藻泥，硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量

26、的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质,硅藻土的密度1.92.3g/cm3,堆密度0.340.65g/cm3,比表面积4065m/g,孔体积0.450.98m,吸水率是自身体积的24倍，熔点16501750，在电子显微镜下可以观察到特殊多孔的构造。3.1原矿性质含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质。SiO2通常占80%以上，最高可达94%。优质硅藻土的氧化铁含量一般为11.5%，氧化铝含量为36%。 硅藻土的矿物成份主要是蛋白石及其变种，其次是粘土矿物水云母、高岭石和矿物碎屑。矿物碎屑有石英、长石、黑云母及有机质等。有机物含量从微量到

27、30%以上。 硅藻土的颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等，有细腻、松散、质轻、多孔、吸水性和渗透性强的物性。硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、针状、筒状、羽状等。松散密度为0.3-0.5g/cm3,莫氏硬度为11.5（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，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。 硅藻土的氧化硅多数是非晶体，碱中可溶性硅酸含量为5080%。非晶型SiO2加热到8001000时变为晶型，碱中可溶性硅酸可减少到2030%。3.2硅藻土矿石特征 硅藻

28、土是一种硅质岩石，主要分布在中国、美国、丹麦、法国、苏联、罗马尼亚等国。我国硅藻土储量3.2亿吨，远景储量达20多亿吨，主要集中在华东及东北地区，其中规模较大，工作做得较多的有吉林、浙江、云南、山东、四川等省，分布虽广，但优质土仅集中于吉林长白、云南硅藻土矿区，资源尤为丰富，其他矿床大多数为34级土，由于杂质含量高，不能直接深加工利用。 硅藻土由无定形的SiO2组成，并含有少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有机杂质。硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而轻，工业上常用来作为保温材料、过滤材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脱色剂及硅藻土助滤剂，催化剂载体等。 显微镜下可观察到天然硅藻

29、土的特殊多孔性构造，这种微孔结构是硅藻土具有特征理化性质的原因。 硅藻土作为载体的主要成分是SiO2。例如工业钒催化剂的活性组分是V2O5，助催化剂为碱金属硫酸盐，载体为精制硅藻土。实验表明，SiO2对活性组分起稳定作用，且随K2O或Na2O含量增加而加强。催化剂的活性还与载体的分散度及孔结构有关。硅藻土用酸处理后，氧化物杂质含量降低，SiO2含量增高，比表面积和孔容也增大，所以精制硅藻土的载体效果比天然硅藻土好。 硅藻土一般是由统称为硅藻的单细胞藻类死亡以后的硅酸盐遗骸形成的，其本质是含水的非晶质SiO2。硅藻在淡水和咸水中均可生存，种类很多，一般可分为“中心目”硅藻和“羽纹目”硅藻，每一目

30、中，又有许多“属”，相当复杂。天然硅藻土的主要成分是SiO2，优质者色白，SiO2含量常超过70%。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，不同矿源硅藻土的成分不同。 硅藻土，是被称之为硅藻的单细胞植物死亡后经过1至2万年左右的堆积期，形成的一种化石性的硅藻堆积土矿床。硅藻是最早在地球上出现的原生生物之一，生存在海水或者湖水中。 这种硅藻土是由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骸，当其生命结束后沉积，在一定的地质条件下形成硅藻土矿床。它具有一些独特的性能，如：多孔性、较低的浓度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化学稳定性，在通

31、过对原土的粉碎、分选、煅烧、气流分级、去杂等加工工序改变其粒度的分布状态及表面性质后，可适用于涂料油漆添加剂等多种工业要求。4 工业上主要利用的矿床类型4.1 矿床的成因类型我国已发现的硅藻土矿床均为陆相沉积成因,主要分布于西南地区断陷和山间凹陷盆地, 东北和东部及东南沿海地区的火山构造盆地中。其基底常为晚新生代火山岩或二叠纪峨眉山玄武岩及煤系。周开灿等按硅藻质SiO2 来源和成矿作用特征, 将我国硅藻土矿床划分为火山沉积型和陆源沉积型两类。陶维屏等根据含矿建造特点, 将我国硅藻土矿床划分为玄武岩建造型硅藻土矿床和第三纪河湖建造沉积型硅藻土矿床。笔者根据地洼成矿理论认为, 硅藻土矿床具有明显的

32、成矿专属性, 为地洼沉积型矿床。根据硅藻土含矿建造及其节律性, 将我国含硅藻土建造划分为三类, 即含硅藻土岩浆建造、含硅藻土岩浆-沉积建造及含硅藻土沉积建造。据此将硅藻土矿床成因类型划分为四种, 即玄武岩建造沉积型硅藻土矿床(型）。属含硅藻土岩浆建造, 矿床形成与新生代火山岩, 尤其是玄武岩具有密切关系。该类型硅藻土矿床主要分布于我国的东北、华北、东南部沿海及云南腾冲等新生代火山岩区, 为我国最重要也是最主要的硅藻土矿床。其总数约占我国总矿床数的70%, 优质矿比例几乎为百分之百。陆相含煤碎屑岩-玄武岩建造沉积型硅藻土矿床（型）。属含硅藻土岩浆-沉积建造, 矿层常伴有新生代火山岩及煤系。该类型

33、硅藻土矿床数量较少, 仅见于云南腾冲等部分地区。陆相含煤碎屑岩建造沉积型硅藻土矿床（型）。属含硅藻土沉积建造, 除陆源碎屑岩外, 常伴有煤系及以基底或围岩形式产出的二叠纪峨眉山玄武岩。河湖相碎屑岩建造沉积型硅藻土矿床(型）。属含硅藻土沉积建造, 含矿岩系主要为陆源碎屑岩, 基底或围岩有时为二叠纪峨眉山玄武岩。型及型硅藻土矿主要分布于西南地区断陷和山间凹陷盆地, 如攀西裂谷、先锋盆地等, 其成矿多与二叠纪峨眉山玄武岩有关。四种硅藻土矿床成因类型的岩石组合特征、大地构造位置、地壳运动特征及矿床实例, 见表4。4.2矿床工业类型4.2.1 吉林长白马鞍山硅藻土矿床（型） 矿区位于华北地洼区东北边缘,

34、 属辽鲁地穹系, 辽东地穹列。矿体赋存于第三系构造-岩浆活动盆地马鞍山村组第四岩段（N1m4）。矿床的岩石组合为粉砂、粉砂质粘土、粘土+晚新生代玄武岩（近矿源岩）。马鞍山村组为内陆盆含硅藻土玄武岩建造, 其岩石组合为一套橄榄玄武岩、斑状橄榄玄武岩加上喷发间隙期河湖相碎屑岩夹层。下部多为粗碎屑岩-砾岩, 中上部赋存淡水湖泊相大型优质硅藻土矿床。硅藻土矿体为层状、似层状或似透镜状, 产状较平缓, 显示了稳定的湖泊相沉积和成矿期基本无构造变动。矿区出现三次显著的橄榄玄武岩旋回喷发, 由于这三次橄榄玄武岩浆喷溢时期与硅藻土主矿层成矿期（N1） 相近, 笔者将它们称之为近矿源岩。矿区主矿层矿石类型主要为

35、高纯硅藻土、纯硅藻土、粘硅藻土, 属优质大型硅藻土矿床。4.2.2云南腾冲蒲川曼朵硅藻土矿床（型）矿区位于南喜马拉雅地洼区, 察腾地洼系。矿体赋存于腾冲芒蒲川盆地、中更新统含煤岩系中。岩石组合为晚新生代玄武岩（近矿源岩） +河湖相底砾岩+沼泽相碎屑岩夹煤层。从含矿建造看, 含矿岩性由下到上由玄武岩变为砾岩和煤, 这反映了岩相由玄武岩喷溢相到河流相、洪积相再到湖相、沼泽相的演化过程。矿区中硅藻土矿表4 我国硅藻土含矿建造及矿床成因类型划分含矿建造矿床成因类型岩石组合特征地洼区划类型地洼余动期地质作用特点矿床实例岩浆建造玄武岩建造沉积型(型）橄榄玄武岩、斑状橄榄玄武岩、英安岩+玄武质玻屑凝灰岩（中

36、酸性玻屑凝灰岩） +喷发间隙期河湖相碎屑岩夹层华夏期基性岩浆、火山活动频繁, 但构造活动与地洼激烈期相比大为减弱, 基本无变质现象吉林长白马鞍山、黑龙江讷河、山东临朐解家河、浙江嵊县、河北张北西山、内蒙商都等中亚期云南腾冲团田、观音塘、油灯庄、毛家村等南海陆缘广东田洋、九斗洋等岩浆沉积建造陆相含煤碎屑岩、玄武岩建造沉积型（型）玄武岩、英安岩+玄武质玻屑凝灰岩(中酸性玻屑凝灰岩） +喷发间隙期河湖相、沼泽相碎屑岩夹层+煤层（泥炭层）中亚期腾冲芒棒城子山、蒲川曼朵等沉积建造含煤碎屑岩建造沉积型（型 ）河湖相、沼泽相泥岩、粉砂岩, 砂岩+煤层（泥炭层）+远矿源岩(层）华夏期基性岩浆、火山活动较弱或无

37、,构造活动弱, 基本无变质现象云南寻甸先锋、临沧勐托、双江芒孝河湖相碎屑建造沉积型(型）河湖相泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩+远矿源岩（层）四川米易回汉沟、新民村, 云南大理洱源起凤、宾川等层通常位于煤层上部, 矿石类型为粘硅藻土和硅藻粘土。矿层底部晚新生代玄武岩显然是硅藻土的“近矿源岩”。而在相同成因类型芒棒城子山硅藻土矿床下部含煤段中, 硅藻土常作为夹层赋存于煤层中, 矿层不仅薄且硅藻含量低, 工业价值不高。4.2.3云南寻甸先锋硅藻土矿床（型） 矿区位于南北地洼区、川滇地洼系、康滇地穹列。矿体赋存于先锋盆地、上第三系中新统小龙潭组含煤岩系中。岩石组合为河湖相、沼泽相泥岩、粉砂岩、砂岩+煤层（泥

38、炭层）+二叠纪峨眉山玄武岩（远矿源岩）。岩石组合中的远矿源岩, 系指与硅藻土矿床形成时间相隔较长、常构成盆地基底或围岩、形成于不同大地构造体制下、并为硅藻提供生长所需硅质的火山岩或岩浆岩。除远矿源岩外, 矿物质可能还来源于先成沉积岩, 如粘土类和其它硅质沉积物等。在盆地的东部地段, 硅藻土层分布较广, 沉积厚度大, 是该矿区的主要矿段。盆地中部, 硅藻土层变薄, 到了盆地西部变为含少量硅藻壳体的泥岩或粘土岩。在厚层硅藻土矿层中, 下部的粘土质硅藻土质量最好, 但有机质含量高, 中部的硅藻质粘土质量次之, 上部的含硅藻粘土质量最差。4.2.4 四川米易中梁子硅藻土矿床（型） 矿区位于南北地洼区、

39、川滇地洼系、康滇地穹列。矿体产于安宁河谷西侧一山间盆地中, 赋存于上新世昔格达组（N2x）。属河湖相碎屑建造型硅藻土矿床。岩石组合为河湖相泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩+远矿源岩（或无），与型的云南寻甸先锋硅藻土矿床相比, 含矿岩系缺乏煤系或煤层。含矿盆地沉积岩直接上叠于二叠纪峨眉山玄武岩（远矿源岩）台地上。含矿岩相组成一个大的陆相沉积旋回。其中含矿中间岩段还出现多个湖相到浅湖相再到深湖相的小旋回。主矿层岩相较为稳定,为浅湖相, 矿石类型主要为硅藻粘土。5 矿石质量评价体系硅藻土矿石类型划分, 是科学评价硅藻土矿石质量的基础。前人对硅藻土矿石类型, 提出不少划分方案: 如组份法, 即硅藻壳-有机质-

40、粘土+砂三组份法, 硅藻壳-方解石-粘土+砂三组份法；以及品位法, 即按硅藻壳含量将硅藻土划分为优质、中等质量及劣质三种。目前较为通用的是四分法，即把硅藻土矿石划分为硅藻土或纯硅藻土、含粘土硅藻土、粘土质硅藻土及硅藻粘土等四种。由于硅藻壳与粘土含量测试过程较复杂, 笔者分别用SiO2和Al2O3含量关系近似表征, 因此可利用Al2O3/ SiO2比值(记为X，通常0.3, 表2) 简捷地反映矿石中粘土和硅藻壳的相对含量。采用这种方法, 并借鉴四分法首先可将我国硅藻土矿石划分为硅藻土( X 0105) 、粘硅藻土(0105< X 0125) 、硅藻粘土( X > 0125) 三个大类

41、( 类似于优质、中等及劣质品位的硅藻土矿石) , 然后进一步将其量化为高纯硅藻土( X 0.02) 、纯硅藻土( 0.02< X 0.05) 、含粘土硅藻土( 0.05 < X 0.15) 、粘土质硅藻土( 0.15< X 0.25) 、硅藻质粘土( 0.25< X 0.30) 及含硅藻粘土( > 0.30) 等六种矿石类型, 并与六种工业品级相对应。Al2O3/ SiO2中的SiO2组份构成, 除硅藻壳外,还可能为石英等, 故当样品含较多石英等碎屑时, 用此法就会出现较大偏差。由于松散堆密度是一种对石英、长石等密度较大的矿物或岩屑比较敏感, 且又简单易测的物理量

42、, 因此在进行矿石类型划分或质量评价时, 可辅以松散堆密度作比较。表5中给出的松散堆密度边界值是笔者在大量实验和总结前人资料基础上得出的, 具有一定的代表性。若要做更细微的工业品级鉴定, 还应考虑更多的物理特性, 如颜色、孔体积、孔径等, 以及化学组份特征, 如Fe2O3、CaO、Pb、As 等有害组份及烧失量LOI 的影响等。表5 我国硅藻土矿石类型划分矿石类型硅藻壳%粘土%碎屑%XAl2O3/SiO2松散堆密度g/ ml工业品级实例硅藻土高纯硅藻土90510.020.02云南腾冲油灯庄等纯硅藻土85100.05>0.02、云南腾冲观音塘、吉林长白马鞍山等粘硅藻土含粘土硅藻土75252

43、0.150.40山东解家河、吉林大荒沟等粘土质硅藻土505050.25广东田洋、浙江嵊县蓝土等硅藻粘土硅藻质粘土25>505100.30.60腾冲倪家堡、江西广昌、四川米易中梁子等含硅藻粘土57595>10>0.3福建梧岭等6 硅藻土选矿加工硅藻土是一种孔隙率高，比表面积大，具有极强的吸附能力，理论上能吸收其自身质量 1.54 倍的水。然而，天然产出的硅藻土矿常夹杂、包裹着粘土矿物、石英、长石以及有机质等其它成分，宏观表现通道小、孔隙率小、表面酸性弱等缺陷，硅藻土原矿的吸附能力并未达到理论值。因此，提纯是硅藻土深加工的第一步。目前硅藻土的提纯常用方法有擦洗法、酸浸法、碱溶法、

44、煅烧法、综合提纯等等。硅藻土的提纯效果通常是用 SiO2的百分含量来衡量，但是笔者认为仅仅只是二氧化硅含量高，并不能说明这种原料的实用性好或应用范围广，化学纯度只有确定其适用性之后才显得重要。硅藻土许多应用领域都是利用其硅藻壳结构及多孔性，因此在进行选矿提纯时还要综合考察提纯工艺对硅藻土孔结构及应用性质（如吸湿性）的影响。6.1 擦洗沉降 擦洗法提纯的原理：擦洗将原料颗粒尽量打细，使固结在硅藻壳上的粘土矿物杂质脱离，然后根据各矿物的性质和颗粒的范围不同，各矿物表现不同的悬浮性和沉降速度。其中含铁矿物，石英泥，沙石颗粒大，沉降快可先分出；粘土杂质蒙脱石、伊利石及高岭石经搅拌擦洗分散成很小的颗粒，

45、并带有相同的负电荷，彼此相斥，具有良好的悬浮性和分散性，很难沉淀；硅藻在浆料中沉降速度比粘土矿物沉降要快的多，随后将以蒙脱石为主的粘土矿物悬浮液分出，则可获得以硅藻为主的硅藻精土。6.2 酸处理正交优化试验 酸活化是一种经典的粘土改性方法，目前活化硅藻土主要用强酸，盐酸易挥发，不易定量化，不利于实验研究分析；硝酸氧化性强，会分解产生有毒物质，易给工业生产带来危险和不便，而硫酸性质较稳定，易定量化，利于实验分析研究。硫酸处理硅藻土具体原理是利用硫酸与以二氧化硅为成分的硅藻壳不发生反应，与三氧化二铁、三氧化二铝反应生成可溶性盐，进而达到提纯硅藻土的目的。考虑硫酸浓度、液固比、酸浸温度及浸出时间等因

46、素对硅藻土孔结构的影响，试验按照正交试验表 L9（34）排进行，因子安排见表6，因子水平见表7，试验结果见表8，因素水平对孔结构的作用见图1表6 正交试验因子安排表 L9（34）Table6 Factors schedule of orthogonal experiment试验号因素1（A)2(B)3(C)4(D)111112122231333421235223162312731328321393321表7 酸处理因子水平表Table7 Factor leels table of acid treatment水平因素酸浓度%A液固比B酸浸温度/C酸浸时间/minD1202:140302406:

47、1609036010:1100180表8 酸处理正交试验设计与结果Table8 Orthogonal experimental design and result of acid treatment序号/项目实验条件实验结果硫酸浓度%液固比酸浸温度/酸浸时间/min比表面积m2/g孔体积ml/g1202:1403019.2290.04342206:1609021.3290.048432010:110018023.7650.04984402:16018022.0380.04935406:11003020.0810.043264010:1409020.8190.04657602:11009026.

48、0910.05498606:14018022.180.048196010:1603020.7240.0420比表面积64.32367.35862.22860.03462.93863.5964.09168.23968.99566.76469.93767.983R6.0573.7687.7098.205较优水平A3B1C3D2因素主次D:C:A:B孔体积0.14160.14760.1380.12860.1390.13970.13970.14980.1450.14440.14790.1472R0.0060.00790.00990.0212较优水平A3B1C3D2因素主次D:C:B:A图1 酸处理正交

49、试验中因素水平对孔结构的作用示意图Fig.1 Factors level on the impact of pore structure in acid treatment orthogonal experiment由酸处理正交试验结果表8 及因素水平对孔结构的作用趋势图1 可知：（1）酸处理工艺对硅藻土比表面积影响的主次因素依次是：酸浸时间>酸浸温度>硫酸浓度>液固比；对其孔容积影响的主次因素依次是：酸浸时间>酸浸温度>液固比>硫酸浓度。（2）在试验水平范围内，酸浸时间对硅藻土比表面积和孔体积呈现先增大后减小的影响趋势，当酸浸时间为 90min 时，酸处理

50、后的硅藻精土比表面积和孔体积最大；酸浸温度越高，硅藻土比表面积和孔体积也越大；硫酸浓度和液固比呈现先减小后增大的影响趋势。（3）实验条件下最优化改善孔结构的酸处理工艺为：60%硫酸与硅藻土以液固比为 21 混合后在 100 下水浴 90 min。6.3 碱处理正交优化试验碱处理原理是利用苛性碱不仅能溶解硅藻土中三氧化二铁、三氧化二铝等杂质成分，而且还能溶解部分非晶质二氧化硅，达到提纯并提高硅藻土比表面积。考虑氢氧化钠浓度、液固比、碱浸温度及碱浸时间等因素对硅藻土孔结构的影响，试验按照正交试验表 L9（34）排进行，因子安排见表6，因子水平见表9，试验结果见表10，因素水平对孔结构的作用示意图见

51、图2。表 9 碱处理因子水平表Table 9 Factor leels table of alkali treatment水平因素酸浓度%A液固比B酸浸温度/C酸浸时间/minD152:120152104:140303206:16045表10 碱处理正交试验设计与结果Table10 Orthogonal experimental design and result of alkali treatment序号/项目实验条件实验结果NaOH 浓度%液固比温度/时间/min比表面积m2/g孔体积ml/g152:1201017.6920.0455254:1403019.9570.0423356:160

52、4532.7450.05094102:1404521.9630.05285104:1601524.1770.05696106:1203020.3540.05077202:1603024.5740.05288204:1204518.4760.05159206:1401527.5110.0646比表面积70.39464.22956.52269.3866.49462.6169.43164.88570.56171.57581.49673.184R4.0678.96524.9748.299较优水平A3B3C3D3因素主次C:B:D:A孔体积0.13870.15110.14770.1670.16040.1

53、5070.15970.14580.16890.15310.16060.1552R0.03020.00240.01290.0212较优水平A3B3C3D1因素主次A:D:C:B图2 碱处理正交试验因素水平对孔结构的作用示意图Fig.2 Factors level on the impact of pore structure in alkali treatment orthogonal experiment由碱处理正交试验结果表10 及因素水平对孔结构的作用趋势图2 可知：（1）影响比表面积大小的主次因素依次是：碱溶温度>液固比>碱溶时间>氢氧化钠的浓度；对于孔体积，氢氧化钠浓

54、度>碱溶时间>碱溶温度>液固比。（2）在试验因素水平范围内，氢氧化钠浓度越高，孔体积越高，而比表面积呈现先减小后增大的影响趋势；碱溶时间和液固比对于比表面积和孔体积的影响呈现先减小后增大的影响趋势；碱溶温度越高，比表面积和孔体积也越大。（3）实验条件下最优化改善孔结构的碱处理工艺为 5%的 NaOH 溶液与硅藻土以质量比为 61 混合后于 60下水浴 45min。6.4 煅烧正交优化试验煅烧能够有效地去除硅藻壳内的有机质，通过硅藻土物料的早期熔化引起的细粒成团，以调配粒度的分布和硅藻土的孔结构。考虑煅烧温度、保温时间、升温速度等因素对硅藻土孔结构的影响，试验按照正交试验表 L

55、9（34）排进行，因子安排见表6，因子水平见表11，试验结果见表11，因素水平对孔结构的作用示意图见图 2。由煅烧正交试验结果表11 及因素水平对孔结构的作用趋势图3 可知：（1）煅烧各工艺因素对孔结构影响的主次因素依次是：升温速度>煅烧温度>保温时间，选择合理的升温速度和煅烧温度是煅烧工艺的关键。（2）在试验因素水平范围内，升温速度和煅烧温度对于比表面积和孔体积呈现开口向下的抛物线影响趋势，即当升温速度和煅烧温度分别为 5/min 和500时，比表面积和孔体积取得最大值。（3）本实验条件下最优化改善孔结构的煅烧工艺为：以 5/min 的升温速度，在 500下煅烧 1h。表 11

56、煅烧因子水平表Table 11Factor leels table of sinter水平/因素煅烧温度/保温时间/h 升温速度/(/min)1300112500353700510表11 煅烧正交试验设计与结果Table11 Orthogonal experimental design and result of sinter序号/项目实验条件实验结果温度/时间/h速度/(/min)比表面积sq.m/g孔体积ml/g13001114.1140.042825003516.1360.0475370051013.1830.04143003515.3170.0406550051016.2090.044

57、767001116.7230.0531730051015.1460.044385001116.5350.046897003513.1210.0427比表面积44.57747.37243.44448.8844.57448.00546.44144.53845.035R4.3032.8344.561较优水平A2B1C2因素主次C：A：B孔体积0.12770.14270.13020.1390.13080.14490.14090.130.1284R0.01320.01270.0165较优水平A3B1C2因素主次C：B：A图 3 煅烧正交试验中因素水平对孔结构的作用示意图Fig.3 Factors lev

58、el on the impact of pore structure in sinter orthogonal experiment7 参考文献1孔伟.硅藻土基调湿材料的制备与性能研究D.北京工业大学,2011.2木士春.中国硅藻土矿床地质特征及成矿大地构造条件J.大地构造与成矿学,1997,03:228-232.3木士春.我国硅藻土矿石质量与矿床成因类型的关系及其开发应用J.矿物岩石地球化学通报,1997,S1:95-96.4于漧,于艾琳,焦维定,于宏杰,朱青,李铎.中国非金属矿硅藻土提纯研究J.中国矿业,1998,04:6-9.5木士春.我国硅藻土矿床成因类型及其与矿石质量关系研究J.非金属矿,2002,04:49-51.6黄成彦,等. 中国硅藻土及其应用M. 科学出版社, 1993: 6107杨宇翔, 陈荣三. 硅藻土的结构特征及其应用J. 江苏化工. 1989, (29): 11138王泽民,岳贵春,马小凡. 硅藻土提纯研究J.非金属矿. 1996, (02): 35389杜玉成, 史树丽, 郭振广, 李杨. 一种提高硅藻土比表面积的方法J. 中国专利:CN10154927910于乾., 于艾琳. 中国非金属矿硅藻土提纯研究J. 中国矿业. 1998, 7 (4): 6811 硅藻土，百度百科16