硅藻土是一種生物成因的硅質沉積巖, 主要由硅藻及一部分放射蟲的硅質遺骸所組成。其化學成分主要是SiO2 , 含有少量的Al2O3 、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機質。硅藻土的顏色為白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等。硅藻是一種單細胞藻類, 其礦物成分為非晶態的蛋白石- 硅藻蛋白石。
硅藻土是海洋或湖泊中生長的硅藻類殘骸在水底沉積, 經自然環境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物, 硅藻土的顆粒孔結構與硅藻密切相關。硅藻殼種類繁多、形態各異, 有圓盤狀、橢圓狀、篩管狀、舟狀、棒狀和堤狀等。硅藻土在掃描電鏡下形貌如圖1-圖4 所示。
從硅藻土的微觀形態可以看到, 硅藻土殼體上微孔密集、堆密度小、比表面積大, 因此具有較強的吸附力和過濾性能, 能吸附大量微細的膠體顆粒, 濾除。
硅藻土的形體尺寸一般為幾個微米到幾十微米, 最小只有1μm, 而其線紋小孔和殼縫均在納米范疇, 是天然的納米材料。利用其天然的微孔及納米縫隙的特性, 硅藻土被更多地用于制造微孔材料。硅藻土的特殊微孔構造, 有別于大多數的非金屬礦物, 其資源量豐富, 開采成本合理, 因而在納米技術日趨成熟的前提下, 在工業、農業及民用領域會占有更大的份額, 是絕大多數非金屬礦物無法替代的。
硅藻土的應用已有悠久的歷史, 早在1922 年,許多國家就有了硅藻土的加工廠, 主要用以生產助濾劑。目前已有幾十個國家和地區生產硅藻土制品, 年產量達數百萬噸, 其中產量最大的是美國, 其次是俄羅斯和法國以及德國。目前美國每年生產近百萬噸左右的硅藻土, 其中65% 用以生產助濾劑,約占20% 用作填料, 3%-5%作保濕材料, 10%左右用作催化劑載體、肥料包襄劑、研磨材料、農藥載體等方面。
德國每年生產30 萬噸-32 萬噸硅藻土,其中50% 用作各種填料, 30%用于生產助濾劑, 20%作催化劑載體等。
我國硅藻土資源豐富, 是世界上硅藻土儲量最多的國家之一。不過多數礦藏品位較低是其缺點,故研究工作亟待跟上。我國研究工作開始于20 世紀50 年代初, 主要是利用吉林產硅藻土作催化劑載體和助濾劑的研究。南化公司研究院利用長白山硅藻土生產礬催化劑的成果已應用于生產。我國20世紀80 年代前, 硅藻土大部分應用在保濕材料方面。近些年來, 硅藻土應用的研究范圍不斷擴大, 其中有些顆?;市枰霉柙逋磷靼虏牧? 高層建筑的發展需要優質材料。 但我國硅藻土從品種和產品質量上仍不能滿足市場要求, 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。
由納米、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。隨著生室環境, 在這一方面硅藻土更是大有可為。從國外發展情況來看, 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, 我國的硅藻土應用領域將越加寬廣, 發展前景必將更加廣闊。
作者:王宗霞, 曾路, 王小波, 嚴春杰( 中國地質大學( 武漢) 納米科技中心, 湖北武漢430074)
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