1、齐 齐 哈 尔 大 学结晶矿物岩石学课程论文题 目 硅藻土的性质与应用 学 院 材料科学与工程学院 专业班级 学生姓名 日 期 硅藻土的性质与应用齐齐哈尔大学材料科学与工程学院 无机专业 08 级摘要：硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩。由古代硅藻的遗骸组成，其化学成分主要为 SiO2，此外还有少量 Al2O3、CaO、MgO 等。主要用做吸附剂、助滤剂和脱色剂等。关键词：硅藻土 性能 应用硅藻土是一种硅质岩石，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
2、东、四川等省，分布虽广，但优质土仅集中于吉林长白地区，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。1 硅藻土的性能1.1 矿 物 简 介分子式： SiO2 分子量： 60.08 硅藻土是一种硅质岩石，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硅藻土矿区，资源优为丰富，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 Fe2
3、O3、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
4、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，不同矿源硅藻上的成分不同。 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。正是
5、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。 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。1.2 矿物成分 硅藻土的主要矿物成分为蛋白石，并含有粘土（高岭石类、水分母类及少量胶岭石类） 、炭质（有机质） 、铁质（褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿） 、碳酸盐矿物（
6、方解石、白云石、少量菱铁矿） 、石英、白云母、海绿石、长石。 粘土矿物及炭质是硅藻土中主要伴生矿物。粘土矿物呈显微鳞片状分布于硅藻粒四周，当粘土矿物含量为主要成分时，则起着胶结硅藻的作用。炭质成质点状、块状或成层状与硅藻土共生，炭质均为变质程度很低的、仍保留植物结构的泥炭及褐煤。1.3 分类及命名硅藻土属硅质岩类岩石，硅质岩按成因分为两大类：生物或生物化学成因硅藻土、板状硅藻土、蛋白土、放射虫岩、海绵岩。 非生物成因（化学、火山作用、次生成因） 碧玉岩、燧石岩、硅华、石英岩。 硅藻土中主要伴生矿物为粘土矿物、炭质(有机质)，当这些矿物含量达 50%以上则属粘土岩、炭质页岩，在命名时冠以硅藻 X
7、 X 岩。当这些矿物含量小于50%，则属硅藻土，在命名时冠以 X X 硅藻土。硅藻土1.4 矿物性质硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻遗体组成，其化学成份主要是 SiO2，含有少量 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 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、
8、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 0.30.5g/cm3,莫氏硬度为 11.5（硅藻骨骼微粒为 4.55mm） ，孔隙率达 8090%，能吸收其本身重量 1.54 倍的水，是热、电、声的不良导体，熔点 16501750C，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 8001000C 时变为晶型，碱中可溶性硅酸可减少到 2030%。1.5 矿物特性硅藻土是一种具有生物结构的岩石。主要由 8090%，有的达 90%以
9、上的硅藻壳组成。 海水、湖水中的氧化硅的主要消耗者就是硅藻，构成硅藻软泥。在成岩过程中经石化阶段形成硅藻土。 硅藻壳由蛋白石组成，硅藻在生长繁衍过程中，吸取水中胶态二氧化硅，并逐步转变为蛋白石。 硅藻土中硅藻含量越多，杂质越少，则颜色越白，质越轻。比重一般在0.4-0.9，由于硅藻体具有众多的壳体孔洞，使硅藻土具多孔质构造，硅藻土的孔隙度达 90-92%，吸水性强烈，粘舌，由于硅藻颗粒细小，使硅藻土细腻、滑润。硅藻土在酸中(HCl、H2S04、HN03)不溶解，但溶于 HF 和 K0H。2 主要优点与应用领域2.1 不 含 有 毒 化 学 物 质硅藻是最早在地球上出现的一种单细胞藻类，生存在海
10、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。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。硅藻土主要成分是硅酸质，表面有无数细孔，可吸附、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。目前，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
11、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。2.2 能调节室内湿度首先，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
12、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
13、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。环保壁材硅藻土3 硅藻土的应用3.1 硅藻土的新用途硅藻土细腻、松散、质轻、多孔、吸着力和渗透性强、颗粒细小。硅藻土的传统用途为如下几个方面：1.作为保温材料，硅藻土用于锅炉、蒸馏器、热处理炉、干燥器的保温材料以及轻质保温板、保温砖、保温管等；2.作为助滤剂，应用在啤酒、制药等行业中，是著名的啤酒助滤剂；3.作为功
14、能性填料，加入添加颜料的薄膜中可以起到消光的作用；4.硅藻土也是化学工业催化剂载体，在制造硫酸中作钒催化剂，精炼石油中能加强石油的氢化作用；5.是建筑材料中的优选轻质材料，又是防水防渗的原料之一；6.高纯的硅藻土细粉加到银抛光粉中，可作汽车的抛光剂等。随着科技的发展和人们对硅藻土从宏观到微观认识的逐渐深入，发现硅藻土壳壁上点纹、线纹和助纹都是整齐排列的小孔，线纹小孔的直径在 20100nm，壳缝为 125nm 左右。这样，硅藻土作为天然的有机孔材料受到了科技工作者的重视，以硅藻土为原料，在此基础上尝试开发其它的纳米材料方兴未艾。另一方面，硅藻土壳壁主要由非晶质二氧化硅组成，以硅藻土为原料，还可
15、以合成橡胶行业的重要补强剂白炭黑。硅藻土同其它非金属矿物一样，也可以进行有机或无机改性，使其制品性能更加优良。近来，硅藻土在农业方面的应用也大有进展或者用于种子存贮，或者用于牲畜饲养，除虫杀虫，效果都颇明显。3.2 微孔材料硅藻土的形体尺寸一般为几个微米到几十微米，最小只有 1m，而其线纹小孔和壳缝均在纳米范畴，是天然的纳米材料。利用其天然的微孔及纳米缝隙的特性，硅藻土被更多地用于制造微孔材料。3.2.1 多孔道纳米沸石 在硅藻土的沸石化制备多级孔道结构沸石材料的方法中，用层叠层和气固相转晶技术沸石化硅藻土制备多级孔道结构。将纳米沸石作为吸附沉积液，硅藻土作为基质，在静电引力作用下用层叠层方法
16、将纳米沸石组装到硅藻土上可以在不破坏硅藻土形貌结构的条件下将无定形的二氧化硅转化为沸石，所制得的产品由纳米沸石构成并且具有丰富的大孔，因此，能够提供很快的孔内扩散和高的活性位利用率，可用在制备催化剂、分离材料中，是有广泛应用前景的复合沸石材料。3.2.2 微孔玻璃 微孔玻璃是最近发展起来的功能性材料，微孔玻璃在生物、化工、医药工业中可用作载体、分离材料。根据制法的不同，具有特殊的用途制造这种微孔玻璃最常使用的添加剂就是硅藻土，其原理也是利用了硅藻土纳米孔的特性。用硅藻土为主要原料引进 SiO2及少量 Al2O3，并往其中添加其它一些原料配制 Na2O-CaO-Al2O3-SiO2 玻璃或 Ca
17、O-Al2O3-B2O3-SiO2料，先作水热处理，然后熔制成玻璃。熔制温度比用普通原料低、熔制时间也较短。将制得的玻璃按常法作分相热处理及酸浸析出即可得到孔径从微米至纳米级的微孔玻璃。孔径大小、孔隙率由原始玻璃组成及分相热处理条件来调节。此项研究已获专利权，并推广生产。3.2.3 环保陶瓷 进入 21 世纪后，人们越来越重视环保。这种环保意识不仅体现在所处的自然环境方面，对自己生活的居室也是如此。目前，居室环境并不是安全的。室内被甲醛、氨气充斥已是司空见惯，由此导致人们身心受到伤害也时有发生。尽量减少居室污染，创造一个绿色安全的居室环境成为人们追求的目标。为了适应人们的需求，环保建材应运而生
18、。硅藻土由于其特殊的构造，使之成为环保建材的优良选材。用硅藻土制成的建筑材料具有超纤维,多孔特性 ,在湿度大的时候可以吸附空气中的水分,储存起来.当空气中的水分减少时,硅藻土壁材就能够将储存在超微细孔中的水分释放出来.其次,硅藻土还具有消毒功能,在冰箱中使用,既能去除异味,同时能有效杀灭大肠杆菌等有害细菌.3.2.4 污水处理剂 目前使用的聚合氯化铝是一种高效污染废水净化处理剂，但是生产聚合氯化铝却要带来环境污染。我国现有近百余家聚合氯化铝生产厂家，大多为粗放型小规模的乡镇企业。工艺技术落后、高能耗、重污染、低品位是目前我国聚合氯化铝生产存在的普遍而突出的问题。而王庆中的发明专利技术却不存在这
19、方面的问题，且原料来源广，净化效果也非常好，价格低廉。该技术用提取的高纯纳米微孔硅藻土作为处理污水的材料，与其相配套的处理工艺技术，在硅藻土精选过程中，把与硅藻共生的杂质分离除去，使硅藻表面本已平衡的电位形成不平衡电位，在水处理时，硅藻精土处理剂被微量加入污水中后，在高速搅拌，或抽吸污水的泵机叶片旋转下，瞬间散于水体之中，硅藻表面的不平衡电位能中和悬浮离子的带电性，凝集成较大的絮花，借重力沉淀至底部，加上硅藻巨大的表面积，巨大的孔体积和较强的吸附力，把细微和超细微物质吸附到硅藻表面，形成链式结构。当沉渣被排放在孔径 0.074mm（200 目）筛网上时，沉渣被吸附着留在筛上而水质透过硅藻被过滤
20、到筛网之下，排出的水质清净，而沉渣保持在含水 5862之间，成饼状装袋取走，从而达到污水处理为清水的目的。1996 年以来，不断被专家所认可，市场所接受，业内人士喻之为“国内首创，国际领先”。利用该工艺技术，处理后的水清澈透明，各项指标均达到国家污水排放标准的要求，对污水中的磷、锌、铬、铜等离子去除率高达 99.9%。城市污水吨处理运行费用（药剂费、人工费、电费）小于 0.266 元人民币；日处理 10 000m3 城市污水的处理厂主体工程占地面积仅为 320m2，绿化道路面积为 45%时，总占地面积 0.067hm2（1 亩） ；机械设备、全自动化控制、全套检测在线测试；适用于城市、小区生活
21、、餐饮、医院、电镀、造纸、印染、啤酒、生物、化工、橡胶、垃圾渗透液等污水处理项目，而且无二次污染，硅藻土再生后可循环使用。3.2.4 杀虫剂以硅藻土为主要原料，配入其它辅料生产杀虫剂。硅藻土的杀虫机理有两种途径：一是以刺杀作用为主。将硅藻土粉碎，适当雾化后可成为能刺杀害虫的针状颗粒，再掺入糖、玉米淀粉、糊精、蔗糖蜜、大豆粉等作为引诱成分即可。这种硅藻土杀虫剂能很快引来害虫，随后其针状颗粒刺破害虫体表，害虫愈挣扎刺得愈深，结果导致死亡，其代表性配方为硅藻土 66%、玉米淀粉 1.5%、糊精 1.5%、大豆粉 3%、蔗糖蜜 28%等构成。二是吸收消耗害虫体液。这种硅藻土杀虫剂具备较强的吸着性，极易
22、粘附于害虫体表。刺破进入害虫体内，使其水分丧失而死亡。例如，将 46g 硅藻土、75mL 密度为 1.383g/mL 的硅酸钠溶液、25mL 30%的氟硅酸水溶液，与 1500mL 水混合，拌匀，再静置、凝固 30min。凝固结束时添加 125mL 浓度为 10%的氨水。经 30min 后洗涤、过滤、干燥、粉磨、过孔径 0.043mm（325目）筛，筛下物便可用来杀虫.由硅藻土制取的新型杀虫剂，可杀灭飞蛾虫、杂拟谷盗、蚜虫、甲虫、跳蚤、虱子、臭虫蚊子、苍蝇等多种害虫，用于防治农作物虫害粮食和种子的贮藏，去除禽畜体表寄生虫等面，效果十分显著。4 结语由于硅藻土的特殊微孔构造，有别于大多数的非金属
23、矿物，其资源量丰富，开采成本合理，因而在纳米技术日趋成熟的前提下，在工业、农业及民用领域会占有更大的份额，是绝大多数非金属矿物无法替代的。 我国硅藻土从品种和产品质量上均不能满足市场要求，在许多领域没有得到充分应用。因此，根据我国硅藻土的特点，借鉴国外的先进技术，提高硅藻土品质，开发硅藻土的新用途将给硅藻土行业带来新的机遇。在化工领域，以硅藻土为原料或基材合成组装新型多孔材料，开发新型催化剂，是提高产率和分离效果的必要手段，还需进一步加强和探索。由纳米、亚微米、微米、毫米孔径组成的多孔玻璃材料，在医疗分析、生物工程、石油化工、建筑、军工等部门应用前景良好。随着生活水平的提高，人们越来越关心居室
24、环境，在这一方面硅藻土更是大有可为。从国外的发展情况来看，利用硅藻土生产的新型瓷砖、陶瓷、涂料、吸附材料及轻型建材日新月异而我国还处于起步阶段，其潜在市场是十分巨大的。在环境污染治理方面，硅藻土成膜应用技术近年来也受到了广泛关注，多种硅藻土分离膜相继开发，硅藻土净化处理技术也日趋完善，现在重要的是将其积极应用在环保中。在农业方面我国在国家“十五”粮食行业科技发展规划中明确提出了利用硅藻土防治储粮虫害技术应用的开发。如果在农业上普遍推广，不仅节约大量粮食，也为我国水土保持、生态恢复和改良起到不可小视的作用。相信在不久的将来，我国的硅藻土应用领域将越加宽广，发展前景必将更加广阔。参考文献：1 朱训
25、，主编. 中国矿情（第 3 卷 非金属矿产）M。 北京:科学出版社，19992 硅藻土是一种天然的纳米干凝胶粉体，值得很好利用EB/OL。 3 张莉霞. 日本人装修爱用硅藻土分解细菌调节湿度EB/OL。 http:/ 15493648100.shtm4 新型硅藻土陶瓷面世具有吸油功能的厨房用瓷砖EB/OL. 5 王庆中. 纳米微孔硅藻精土水处理技术EB/OL. http:/ ，2004-06-246 孙玉春. 硅藻土改性沥青路面应用新技术取得突破EB/OL。 7 高秀香. 银改性硅藻土材料捕集烯烃的研究J。 分析化学，2003，31（8）8 崔天顺，吴宏海，王虹. 硅藻土合成白炭黑工艺研究J。. 非金属矿，2004，27（6）：34369 酸处理硅藻士制备活性白炭黑。10 硅藻土作为杀虫剂的应用。11 硅藻土应用在种子储藏上。12 若干非金属矿产资源可供性分析J. 中国非金属矿工业导刊，2003， （2）13 中国非金属矿工业导刊，编. 1997 年美国硅藻土产销略有增长J. 中国非金属矿工业导刊， 1999， （2）14 百度百科
