中國硅藻土資源優勢明顯、儲量豐富,是硅藻土的主要生產國。在硅藻土產品結構上,中國與國外還有相當大的差距,隨著全球節能、環保要求的提高以及中國工業的發展和硅藻土產業自身的技術進步,中國硅藻土的產品結構必將發生重大變化。
為此,記者對中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院教授、博士生導師,中國非金屬礦工業協會副會長、專家委員會副主任,中國非礦協會礦物加工技術專委會專家組組長鄭水林進行了專訪,鄭水林對我國硅藻土礦產資源的開發研究以及未來硅藻土產品結構調整進行了全面深入的解析。
儲量領先與品位不高的矛盾
記者:我國作為一個硅藻土資源大國,我國的硅藻土資源分布情況如何?您覺得對硅藻土礦產資源的管理,以及合理利用礦產資源方面需要注意些什么?
鄭水林:硅藻土是中國的重要非金屬礦產資源之一,其探明儲量居世界第二和亞洲首位。自20世紀60年代開發以來,經過50多年的發展,中國的硅藻土加工利用產業已形成了僅次于美國的規模,年加工生產能力已超過50萬噸。2016年產量約60萬噸,其中助濾劑20萬噸,保溫和生態建材約22萬噸,吸附劑及載體材料約5萬噸,水處理劑等環境治理材料約5萬噸,各類填料約5萬噸,其他約3萬噸。
目前已有包括保溫材料、助濾劑、功能填料、催化劑載體、吸附劑、水處理及凈化劑、硅藻壁材、室內空氣凈化材料、瀝青改性劑、農藥載體等十多個品種、近百種不同規格的硅藻土制品;這些產品廣泛應用于建筑、建材、啤酒、飲料、食品、藥品、化工、環保、路面材料、牙膏、涂料、橡膠等領域。
中國已在吉林、云南、浙江、四川、內蒙古、山東、廣東、河北、海南、黑龍江等10多個?。ㄗ灾螀^)發現硅藻土礦70余處,已探明儲量4億多噸,遠景儲量超過20億噸。其中在吉林長白山地區(臨江市和長白縣)、內蒙古、廣東徐聞、云南騰沖4處發現了優質硅藻土。其中吉林省探明儲量最多,約2.1億噸,占全國一半,遠景儲量超過10億噸。吉林長白山地區探明儲量6000多萬噸,遠景儲量超過6億噸,是目前發現的中國最大的優質硅藻土資源蘊藏地,也是目前世界上儲量達上千萬噸的優質硅藻土產地之一。云南省探明儲量0.82億噸,約占全國探明儲量的20%,遠景儲量超過6億噸。浙江省探明儲量0.43億噸,約占全國探明儲量的10%,遠景儲量2億噸以上。吉林、云南、浙江三省的探明儲量約占中國探明儲量的80%;其余省、自治區占20%左右。
硅藻土是一種儲量有限和不可再生、對人類社會可持續發展不可或缺的重要礦產資源,而且人類迄今還不能合成硅藻結構材料,因此,在加工利用中必須珍惜這種寶貴資源。
一是要充分利用其天然稟賦,將其用到最能發揮其天然稟賦的領域;
二是要通過采用現代高新技術提升或優化其天然稟賦,使其為人類社會發揮更大的作用;
三是采用先進選礦技術充分利用低品位硅藻土資源,這一點對于中國這樣一個低品位硅藻土資源占絕對多數的人口大國來說尤其重要。
有鑒于此,硅藻土加工利用的發展趨勢是綜合利用高、中、低品位硅藻土資源;充分利用硅藻土的獨特物理化學和孔結構特性,開發健康、環保、節能功能的硅藻土制品或硅藻礦物材料,如飲料、食品及生物制品過濾凈化材料、廢水處理與室內空氣凈化材料、室內調濕和調溫功能材料。
中、低品位硅藻土資源的高效綜合利用是中國硅藻土產業可持續發展的必由之路。中國硅藻土儲量雖然居世界第二位,但儲量和質量與美國差距很大。美國內華達地區70%以上硅藻土為優質硅藻土,中國硅藻土資源質量最好的吉林長白山地區,優質硅藻土的比例也僅有30%左右,而且30多年來,由于只采優質一級硅藻土資源,大量的二級或三級硅藻土資源被浪費;另一方面,我國云南(除騰沖縣的少量資源外)、浙江、內蒙古等地的硅藻土資源基本上屬于低品位資源,含有大量黏土、砂質和碎屑等雜質,不能直接用來生產助濾劑、吸附劑、功能填料等高性能和高附加值硅藻制品或材料。因此,中、低品位硅藻土資源的高效綜合利用是中國硅藻土產業可持續發展的必由之路。
低品位硅藻土礦利用的難點在于硅藻顆粒與黏土礦粒的分離和分選。黏土礦嵌布粒度微細,不僅分布于硅藻顆粒之間而且存在于硅藻顆??椎乐校y以解離和分選。硅藻土選礦技術的另一個特點是要盡可能減少硅藻結構的破壞,因為完整的硅藻結構對于其應用性能非常重要。因此,一般在選礦過程中盡量不采用磨礦方式以避免對硅藻結構的破壞。
應用領域拓寬但價格優勢不足
記者:我國自上世紀60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,目前硅藻土主要有哪些應用領域?
鄭水林:助濾劑是硅藻土的主要產品之一,約占中國硅藻土產品總產量的35%左右(在美國約占硅藻土產品消費量的50%)。目前硅藻土助濾劑有干燥品、鍛燒品和溶劑鍛燒品三大類,十幾個品種,年生產能力超過20萬噸,主要產地為吉林省臨江市、吉林省長,白朝鮮族自治縣。
建筑與建材是中國硅藻土的主要產品之二,約占中國硅藻土產品總產量的39%左右。該領域主要包含兩類產品:隔熱保溫材料和健康環保內墻材料。隔熱保溫材料品種包括保溫磚、板粒狀產品、粉狀產品、水泥制品、微孔硅酸鈣等,主要產地為浙江嶸州、吉林?。ㄩL白縣、臨江市、敦化市等),其中浙江嶸州市是中國最大的硅藻土保溫隔熱材料生產地,約占全國產量的70%。
健康環保內墻材料,商品名稱又稱硅藻泥、硅藻壁材或硅藻涂料,是一種以優質硅藻土、鍛燒硅藻土、熔劑鍛燒硅藻土為主要組分的具有調濕和空氣凈化功能的內墻涂料或涂層材料,該種材料自2000年在中國生產以來,發展很快,目前年用消費接近2000萬m2,主要生產與服務企業位于北京、吉林長春和臨江、山東青島、四川成都、福建廈門及浙江、深圳等地。
吸附劑和載體是硅藻土的主要用途之一。吸附劑主要用于環保(污水處理、水體凈化、空氣凈化等),對硅藻土的純度和孔體積要求較高,大多是用物理或化學方法提純后的產品或是用優質硅藻土礦干燥、分級、鍛燒的產品;硅藻土載體(釩催化劑載體、農藥及殺蟲劑載體等)也是純度較高的產品,要求比表面積和孔體積較大。該類產品主要生產地區為吉林省臨江市、長白縣、云南大理、昆明、浙江嶸州、山東等地。
硅藻土填料主要用于橡膠、瀝青、油漆、塑料、化妝品、齒科材料、炸藥密度調節劑等產品。中國生產的硅藻土填料包括物理法提純產品、直接干燥粉磨產品和鍛燒產品三大類、十余個品種。主要產地為吉林省臨江市、長白縣、云南大理、浙江嶸州、廣東湛江等地。
硅藻土產品市場現狀
記者:國內各類硅藻土產品價格如何?出口和對外貿易情況怎么樣?我國硅藻土產業發展中亟待解決的問題主要有哪些?與國外相比有哪些差距?如何提高產品創新性和附加值,贏得在世界市場上的話語權?
鄭水林:其實,這些年國內硅藻礦物材料的市場價格一直在降,對此,我也是看在眼里,疼在心里。就拿助濾劑價格來說,國內助濾劑價格普遍在2000元/噸,而美國助濾劑普遍在6000元/噸以上;功能填料的價格,國內2000~5000元/噸,我國優質功能填料的生產原料基本靠進口,進口價格為8000~10000元/噸,有的甚至高達15000元/噸,因此成品的銷售利潤往往微乎其微。這主要是由于中國硅藻土產品中深加工、高附加值產品少所造成的,同時高品位硅藻土稀缺也是我國硅藻礦物材料價格偏低的一個重要因素。
從中國硅藻土進出口數量和金額對比分析,近年來進口硅藻土產品價格有上升的趨勢,但是,出口價格變化不大,說明中國硅藻土產品結構和技術含量有待提升。中國硅藻土出口產品以硅藻土粉和保溫材料為主,出口產品的科技含量、附加值和價格都比較低,從2003年到2008年上半年的出口情況看,平均價格為143.67美元/噸,折合人民幣約1005.72元/噸,進口硅藻土產品則以技術含量高的高端產品為主,主要是高端助濾劑,平均價格為756.64美元/噸,折合人民幣約5296.48元/噸,進口產品平均價格是出口的5.3倍。
國際上,以美國為代表,盡管不同時期硅藻土產品消費結構會有不同程度的調整,但助濾劑一直占據主導地位,其次是填料、吸附劑、絕緣材料及其他;以法國、德國、丹麥、日本和俄羅斯等為代表的工業發達國家,助濾劑產品的應用也占主導地位。日本絕大部分地區都能以低成本開發硅藻土資源,近年來以硅藻土為原料的新型室內裝修材料在日本受到消費者的青睞,由此拉動日本硅藻土建材生產的穩定增長。在硅藻土產品結構上,中國與國外還有相當大的差距。由于技術、工藝等方而的原因,國內對硅藻土的應用還主要以輕質保溫材料為主,而國際上則以助濾劑為主。
要想贏得在世界市場上的話語權,就要充分利用硅藻土的特性,發展最能發揮其天然稟賦的材料或制品。
硅藻土最突出的特性是其顆粒中有規律分布和貫通納米孔道的硅質多孔結構,目前前還沒有發現具有這一結構特點的其他天然礦物。因此,硅藻土資源加工利用的一個重要發展趨勢是充分利用其特性,發展能最大限度發揮或挖掘其天然稟賦的材料或制品,如飲料、飲水、啤酒、生物醫藥制劑的吸附過濾材料,工業廢水和生活污水處理材料,健康環保(調濕和凈化室內空氣)內墻裝飾材料,保溫隔熱與隔音材料,催化劑載體等。
助濾劑是硅藻土的傳統加工產品,也是國內外用量最大的硅藻土制品,未來仍將是硅藻土產業的主要發展領域之一。硅藻土助濾劑主要是以優質硅藻土為原料,采用干燥、煅燒或熔劑煅燒技術生產。其發展趨勢是采用現代信息和控制技術優化生產工藝,穩定產品質量,降低能耗和生產成本;發展高性能助濾劑以及現代生物醫藥制劑選擇性微過濾產品。
作為工業廢水和生活污水處理材料是硅藻土最有發展前景的領域之一。硅藻土水處理材料主要用優質硅藻土或提純精土為原料采用表(界)面改性與復合技術和(或)造粒技術等加工而成。其主要趨勢是發展多功能材料,即不僅能吸附污染物質而且能分解或降解污染物(持續或永久除去污染物),而且方便回收和重復使用、使用過程和使用后對環境友好的高性能工業廢水和生活污水處理材料。
硅藻泥、硅藻壁材、硅藻涂料等是近十幾年來發展的一種健康環保內墻裝飾材料,這種材料最早的功能是利用硅藻土良好的吸濕和放濕功能調節室內的濕度,即在潮濕時節吸附水分,干燥時節放出水分,因此被譽稱為“可呼吸涂料”。同時,硅藻土還對室內的氣態污染物,如甲醛、甲苯等具有吸附功能。但就硅藻土本身的特性來說,存在吸附飽和點,飽和以后就會脫附,即將吸附的有害氣體放回空氣中。吸人水分和吐出水分是人類所希望的調濕功能,但吸附的甲醛、甲苯等有害氣體再釋放則是人們所不希望的。因此,未來的發展趨勢是在調濕功能基礎上可以高效和可持續降解室內甲醛、苯、甲苯等有機污染物。
輕質保溫隔熱材料是當前我國硅藻土的主要制品之一,但大多是用硅藻含量較低的硅藻土礦燒制而成,技術含量和產品附加值較低。未來的發展趨勢是優化輕質保溫隔熱材料的配方、成型和燒制工藝,提高其性能和附加值;負載復合相變材料,發展調溫蓄能型節能新材料;發展具有調濕、絕熱、抗菌、吸附等功能的硅藻土多孔陶瓷材料。
催化劑載體用硅藻土產品雖然用量目前不是很大,但其附加值較高。這種產品選用優質硅藻土礦為原料,集成采用選礦、復配改性、負載、成型/造粒等技術加工而成。未來的發展趨勢是優化其孔結構和孔徑分布以提高硅藻土載體的比表面積,同時發展高效低耗的成型/造粒技術和表面活性組分可控負載技術。
在硅藻土良好吸附性能的基礎上,負載納米TiO2等光催化組分,使其不僅具有吸附甲醛、甲苯、苯酚等有機污染物的功能,而且具有光催化降解這些有機污染物的功能。以室內硅藻涂料為例,在沒有負載納米TiO2等光催化組分之前,硅藻土可以吸附室內的甲醛,但是,它只能將甲醛吸附在硅藻顆粒的孔道中,不能將其分解成無害物質。這樣,隨著室內甲醛的不斷產生,吸附逐漸達到飽和后,不僅不能繼續吸附甲醛,而且在環境溫度、濕度等的變化下,吸附的部分甲醛將會釋放回到空氣中。而在硅藻顆粒表面負載了納米TiO2光催化組分之后,在陽光和燈光的照射下,吸附的甲醛被納米TiO2光催化反應降解為二氧化鈦和水,這樣,材料可以繼續吸附捕捉甲醛。
硅藻土的高比表面積、大孔體積可以提高相變材料的負載量,從而提高相變潛熱。硅藻土有規律分布的納米孔結構特性可以更好地吸附固定相變材料分子,從而改善和提高復合相變材料的耐久性;加之硅藻土是一種儲量豐富、容易開采和加工的天然硅質礦物,來源較廣泛,生產成本較低。因此,硅藻土基相變復合儲能材料有望顯著提高相變復合材料的儲熱性、耐久性、經濟性及實用性,促進相變材料的技術進步和產業發展,節約能源,具有良好的發展前景。
加強應用基礎研究實現產學研一體化
記者:隨著國家對非金屬礦綜合利用和深加工的重視,在您看來,“十二五”期間,我國硅藻土領域取得了哪些進步?“十三五”期間將有哪些新的突破和進展?您有怎樣的期待和建議?產學研一體化對硅藻土產業的發展至關重要,您覺得基礎研究對硅藻土產業的發展起到怎樣的積極作用?
鄭水林:為了解決我國優質硅藻土資源不足的問題,國家“十二五”科技支撐計劃重點項目專門設置了“低品位硅藻土資源高效利用與深加工關鍵技術研究(2011BAB03B07)”課題,目標之一是“攻克制約低品位硅藻土物理選礦產業發展的關鍵技術一濕法高效連續分選技術與裝備,為低品位硅藻土礦的大規模高效選礦生產線的建設和發展提供關鍵技術支撐”。
主要攻克以下4個關鍵技術:一是硅藻土與赫土礦物的解離與分散技術;二是硅藻土與黏土礦物的連續層流離心沉降分選技術與裝備及分選工藝優化和智能控制技術;三是選礦尾礦的處理和綜合利用技術:四是年產12000噸硅藻精土的選礦示范生產線建設。預計,該課題完成后對我國硅藻土資源的利用和硅藻土產業的持續發展具有重要支撐作用和重大戰略意義。
如果將吸附比做生命體的胃的話,納米TiO2光催化組分就是其消化功能。吃到胃里的食物經消化后可以繼續進食。不僅如此,研究表明,硅藻土表面負載TiO2不僅可以賦予其光催化降解有機污染物的功能,而且可以優化其孔結構,形成更多地中孔和顯著提高其比表面積,進而提高其吸附性能。因此,硅藻土表面負載納米TiO2等光催化組分后的復合材料可以顯著提升硅藻土的環保功能。中國在納米TiO2硅藻土復合材料的制備和應用技術近幾年取得了顯著進展:2006年完成實驗室研究;2009年完成年產120噸中試納米TiO2/硅藻土復合材料中試生產線建設生產;2013年10月投產的年產1000噸納米TiO2/硅藻土復合材料產業化示范線建設得到國家“十二五”國家科技支撐重點項口課題“低品位硅藻土資源高效利用與深加工關鍵技術研究”和2012年國家發改委“產業振興和技術改造項口”中央預算內投資計劃的立項支持。在該材料制備技術方面,口前已獲得或申請了多項國家發明專利,發表了多篇學術和技術論文。
硅藻土在我國是具有資源優勢的礦種,但目前綜合水平偏低,和發達國家相比,存在品種少、應用領域小多、人均消費量低和生產規模較小的差距。但可以認為,隨著改革開放和科學研究的深入,相關部門的關注,我國硅藻土資源的綜合利用水平與國外的差距將逐步縮小。隨著硅藻土提純的新技術深入研究,可以滿足新產品綜合的需要。另外結合硅藻土的理化特性,對硅藻土表面微觀改性、微孔結構的人為調控等,可以綜合硅藻土的新用途,進一步提升其附加價值。
資料來源:中國建材網
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