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| 我國硅藻土產(chǎn)品的發(fā)展前景及加工技術(shù)研究方向 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-08-01 10:23:37 瀏覽次數： |
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一、硅藻土產(chǎn)品的發(fā)展前景
硅藻土是一種質(zhì)輕、多孔且孔隙呈有規律分布、孔徑介于十幾納米至數百納米、比表面積較大、化學(xué)性質(zhì)穩定的天然硅質(zhì)礦物材料，具有選擇性吸附和微過(guò)濾、隔熱、隔音、耐磨、耐腐蝕和耐候性等物理性能或功能。這些性能或功能涉及食品安全、節能、環(huán)保、健康以及生物化工等領(lǐng)域，因此，硅藻土及其制品具有良好的應用前景。
1. 硅藻土具有獨特的孔結構和穩定的化學(xué)性質(zhì)，是目前使用最為成功的助濾劑及吸附劑。
中國人口眾多，飲品市場(chǎng)容量大，隨著(zhù)對飲品質(zhì)量標準的不斷提高和產(chǎn)量的不斷增加，對硅藻土類(lèi)助濾劑和吸附劑的需求量也將不斷增加。此外，硅藻土的吸附和微過(guò)濾功能還用于液態(tài)生化制劑和藥劑的選擇性過(guò)濾和分離，伴隨現代生化、醫藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有良好的發(fā)展前景。
2. 硅藻土的無(wú)定形硅質(zhì)成分、輕質(zhì)、隔熱等特性，使其成為生產(chǎn)保溫、節能材料的優(yōu)選原料之一。
硅藻土隔熱制品是優(yōu)良的保溫節能材料，廣泛應用于熱力管道、熱工設備、化工設備、建筑物等的保溫。伴隨國家和社會(huì )對節能支持力度和需求的不斷增加，對隔熱保溫材料的需求量將持續增長(cháng)。同時(shí)，硅藻土的多孔和獨特的孔結構特性還可以用于吸附、固定固液相變材料，從而制備出相變穩定性好的相變調溫儲能復合材料。因此，硅藻土隔熱保溫和調
溫儲能材料具有良好的需求前景。
3. 硅藻顆粒的獨特孔結構特性與較大的比表面積、良好的熱穩定性和耐酸性及表面大量的自由羥基和締合羥基，是良好的天然吸附和催化劑載體材料，而且使用過(guò)程和使用后對環(huán)境友好。
研究表明，在硅藻精土表面負載納米ＴｉＯ２制備的復合材料，具有吸附與光催化兩種功能。
經(jīng)過(guò)提純、復合或負載催化劑后的硅藻土環(huán)境治理材料可以廣泛用于工業(yè)污水、生活廢水以及室內空氣的凈化。在當今中國經(jīng)濟快速發(fā)展、民眾生活水平不斷提高、建設環(huán)境友好型社會(huì )列為基本國策的大背景下，硅藻土環(huán)境治理材料有廣闊的應用前景。
4. 硅藻泥、硅藻壁材或硅藻涂料是充分利用硅藻土天然稟賦的典型健康環(huán)保材料，
它利用硅藻土的大孔體積在潮濕環(huán)境下吸附水分子，在干燥環(huán)境下釋放水分子，從而調節室內濕度，被稱(chēng)之為“可呼吸涂料”；同時(shí)，由于硅藻土獨特的孔結構特性，硅藻壁材還可以吸附室內的有機污染物，如甲醛、甲苯、苯等；如果將硅藻土負載納米ＴｉＯ２復合材料應用于內墻材料，還可以高效持續地光催化降解甲醛、甲苯、苯等有機污染物。因此，以硅藻土為主要組分的內墻裝飾復合材料適應了人類(lèi)對室內環(huán)境健康環(huán)保的需求，具有良好的發(fā)展前景。
5. 硅藻土的硅質(zhì)成分和多孔結構，使其用作鋪路瀝青的填料能顯著(zhù)提高路面的耐老化、耐高溫和低溫、耐磨等性能，同時(shí)，還可以減少車(chē)輛行駛時(shí)的噪聲，降低改性瀝青的成本，具有良好的市場(chǎng)前景。
6. 糧食安全是中國面臨的重大問(wèn)題之一。據研究，硅藻土殺蟲(chóng)劑防蟲(chóng)殺蟲(chóng)效果好、防護期長(cháng)、對哺乳動(dòng)物無(wú)毒、不污染環(huán)境，在儲糧害蟲(chóng)防治領(lǐng)域應用前景較好。
二、 硅藻土加工技術(shù)的發(fā)展趨勢
硅藻土是一種儲量有限和不可再生、對人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展不可或缺的重要礦產(chǎn)資源，而且人類(lèi)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。所謂珍惜，一是要充分利用其天然稟賦，將其用到最能發(fā)揮其天然稟賦的領(lǐng)域；二是要通過(guò)采用現代高新技術(shù)提升或優(yōu)化其天然稟賦，使其為人類(lèi)社會(huì )發(fā)揮更大的作用；三是采用先進(jìn)選礦技術(shù)充分利用低品位硅藻土資源，這一點(diǎn)對于中國這樣一個(gè)低品位硅藻土資源占絕對多數的人口大國來(lái)說(shuō)尤其重要。鑒于此，硅藻土加工利用的發(fā)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(xué)和孔結構特性，開(kāi)發(fā)健康、環(huán)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(guò)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。
（１）中、低品位硅藻土資源的高效綜合利用是中國硅藻土產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)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(zhì)量與美國差距很大。美國內華達地區７０％以上硅藻土為優(yōu)質(zhì)硅藻土，中國硅藻土資源質(zhì)量最好的吉林長(cháng)白山地區，優(yōu)質(zhì)硅藻土的比例也僅有３０％左右，而且３０多年來(lái)，由于只采優(yōu)質(zhì)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(zhì)和碎屑等雜質(zhì)，不能直接用來(lái)生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的必由之路。
低品位硅藻土礦利用的難點(diǎn)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分布于硅藻顆粒之間而且存在于硅藻顆?？椎乐?，難以解離和分選。硅藻土選礦技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)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(guò)程中盡量不采用磨礦方式以避免對硅藻結構的破壞。
為了解決我國優(yōu)質(zhì)硅藻土資源不足的問(wèn)題，國家“十二五”科技支撐計劃重點(diǎn)項目專(zhuān)門(mén)設置了“低品位硅藻土資源高效利用與深加工關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)———濕法高效連續分選技術(shù)與裝備，為低品位硅藻土礦的大規模高效選礦生產(chǎn)線(xiàn)的建設和發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支撐”。主要攻克以下４個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：①硅藻土與黏土礦物的解離與分散技術(shù)；②硅藻土與黏土礦物的連續層流離心沉降分選技術(shù)與裝備及分選工藝優(yōu)化和智能控制技術(shù)；③選礦尾礦的處理和綜合利用技術(shù)；④年產(chǎn)１２?。埃埃埃艄柙寰恋倪x礦示范生產(chǎn)線(xiàn)建設。圖５所示為項目中試所得硅藻精土的ＳＥＭ 檢測結果。預計，該課題完成后對我國硅藻土資源的利用和硅藻土產(chǎn)業(yè)的持續發(fā)展具有重要支撐作用和重大戰略意義。
（２）充分利用硅藻土的特性，發(fā)展最能發(fā)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(zhì)多孔結構。目前還沒(méi)有發(fā)現具有這一結構特點(diǎn)的其他天然礦物。因此，硅藻土資源加工利用的一個(gè)重要發(fā)展趨勢是充分利用其特性，發(fā)展能最大限度發(fā)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(guò)濾材料，工業(yè)廢水和生活污水處理材料，健康環(huán)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，催化劑載體等等。
助濾劑是硅藻土的傳統加工產(chǎn)品，也是國內外用量最大的硅藻土制品，未來(lái)仍將是硅藻土產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展領(lǐng)域之一。硅藻土助濾劑主要是以?xún)?yōu)質(zhì)硅藻土為原料，采用干燥、煅燒或熔劑煅燒技術(shù)生產(chǎn)。其發(fā)展趨勢是：①采用現代信息和控制技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，穩定產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和生產(chǎn)成本；②發(fā)展高性能助濾劑以及現代生物醫藥制劑選擇性微過(guò)濾產(chǎn)品。
工業(yè)廢水和生活污水處理材料是硅藻土最有發(fā)展前景的領(lǐng)域之一。硅藻土水處理材料主要用優(yōu)質(zhì)硅藻土或提純精土為原料采用表（界）面改性與復合技術(shù)和（或）造粒技術(shù)等加工而成。其主要趨勢是發(fā)展多功能材料，即不僅能吸附污染物質(zhì)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(guò)程和使用后對環(huán)境友好的高性能工業(yè)廢水和生活污水處理材料。硅藻泥、硅藻壁材、硅藻涂料等是近十多年來(lái)發(fā)展的一種健康環(huán)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(shí)節吸附水分，干燥時(shí)節放出水分，因此被譽(yù)稱(chēng)為“可呼吸涂料”。同時(shí)，硅藻土還對室內的氣態(tài)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(lái)說(shuō)，存在吸附飽和點(diǎn)，飽和以后就會(huì )脫附，即將吸附的有害氣體放回空氣中。吸入水分和吐出水分是人類(lèi)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(lái)的發(fā)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(zhì)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(shù)含量和產(chǎn)品附加值較低。未來(lái)的發(fā)展趨勢：①改進(jìn)和優(yōu)化輕質(zhì)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；②負載復合相變材料，發(fā)展調溫蓄能型節能新材料；③發(fā)展具有調濕、絕熱、抗菌、吸附等功能的硅藻土多孔陶瓷材料。
催化劑載體用的硅藻土產(chǎn)品雖然用量目前不是很大，但其附加值較高。這種產(chǎn)品選用優(yōu)質(zhì)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(shù)加工而成。未來(lái)的發(fā)展趨勢是優(yōu)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(shí)發(fā)展高效低耗的成型／造粒技術(shù)和表面活性組分可控負載技術(shù)。
（３）采用現代高新技術(shù)提升或優(yōu)化硅藻礦物材料的天然稟賦或功能。
生物遺骸在長(cháng)期地質(zhì)作用下形成硅質(zhì)硅藻顆粒的過(guò)程中共生了大量的黏土礦物，部分膠體范圍的黏土顆粒賦存于硅藻顆粒的孔道內淤塞硅藻顆粒的孔道，從而影響硅藻土天然稟賦的發(fā)揮。目前采用的物理選礦方法很難分離除去這些孔道內淤塞的黏土，只有化學(xué)方法（酸處理）方可溶出。但是酸處理帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題。因此，研發(fā)高效分離硅藻孔道中淤塞的黏土雜質(zhì)，疏通硅藻中孔道的方法將是未來(lái)硅藻土加工利用技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。
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(méi)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(wú)害物質(zhì)。這樣，隨著(zhù)室內甲醛的不斷產(chǎn)生，吸附逐漸達到飽和，之后，不僅不能繼續吸附甲醛，而且在環(huán)境溫度、濕度等條件的變化下，吸附的部分甲醛將會(huì )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(yáng)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碳和水，這樣，材料可以繼續吸附捕捉甲醛。如果將吸附比做生命體的胃的話(huà)，納米ＴｉＯ２光催化組分就是其消化功能。吃到胃里的食物經(jīng)消化后可以繼續進(jìn)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?xún)?yōu)化其孔結構，形成更多的中孔和顯著(zhù)提高其比表面積，進(jìn)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(zhù)提升硅藻土的環(huán)保功能。
中國在納米ＴｉＯ２／硅藻土復合材料的制備和應用技術(shù)近幾年取得了顯著(zhù)進(jìn)展：２００６
年完成實(shí)驗室研究；２００９年完成年產(chǎn)１２０ｔ中試納米ＴｉＯ２／硅藻土復合材料中試生產(chǎn)線(xiàn)建設生產(chǎn)；２０１３年１０月投產(chǎn)的年產(chǎn)１０００ｔ納米ＴｉＯ２／硅藻土復合材料產(chǎn)業(yè)化示范線(xiàn)建設得到國家“十二五”國家科技支撐重點(diǎn)項目課題“低品位硅藻土資源高效利用與深加工關(guān)鍵技術(shù)研究”和２０１２年國家發(fā)改委“產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造項目”中央預算內投資計劃的立項支持。在該材料制備技術(shù)方面，目前已獲得或申請了多項國家發(fā)明專(zhuān)利，發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)和技術(shù)論文。圖６所示為納米ＴｉＯ２／硅藻土復合材料的形貌（ＳＥＭ 和ＴＥＭ 圖）。未來(lái)的發(fā)展趨勢是進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，通過(guò)金屬和／或非金屬摻雜等方法提高對可見(jiàn)光的利用率，同時(shí)，加快材料的應用技術(shù)研究和標準化建設。
（4）基于硅藻土獨特的孔結構特性和化學(xué)穩定性，以硅藻土為吸附材料負載固液相變材料制備相變儲能復合材料是近年來(lái)提升硅藻土功能的另一個(gè)重要的創(chuàng )新方向。
相變儲能材料是一種能自然感知環(huán)境溫度變化并通過(guò)“相”態(tài)變化來(lái)自動(dòng)進(jìn)行封閉區域環(huán)境溫度調節以達到調溫、恒溫目的的新型節能材料。但固液相變材料要有一種載體來(lái)容納，使其發(fā)生“相”態(tài)變化，即由固相因吸熱變?yōu)橐合鄷r(shí)，液體不滲出；由液相因放熱變?yōu)楣滔鄷r(shí)，有空間容納其體積膨脹。因此相變儲能材料基本上是一種負載型的復合相變材料。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(kāi)采和加工的天然硅質(zhì)礦物，來(lái)源較廣泛，生產(chǎn)成本較低。因此，硅藻土基相變復合儲能材料有望顯著(zhù)提高相變復合材料的儲熱性、耐久性、經(jīng)濟性及實(shí)用性，促進(jìn)相變材料的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，節約能源，具有良好的發(fā)展前景。
結論：
硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，具有獨特孔結構特性和非晶質(zhì)二氧化硅成分，是一種與食品安全、人類(lèi)健康環(huán)保、節能以及現代高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的礦產(chǎn)資源。
中國是目前世界上位居第二的硅藻土資源儲量國和硅藻土產(chǎn)品生產(chǎn)國，但是，優(yōu)質(zhì)資源很少；采用先進(jìn)選礦技術(shù)綜合利用占絕大多數的低品位硅藻土資源是中國硅藻土產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的必然需要，具有戰略意義。充分利用硅藻土的天然特性，最大限度發(fā)揮或挖掘其天然稟賦的材料或制品是 硅藻土加工利用的一個(gè)主要趨勢和方向。
采用現代高新技術(shù)提升或優(yōu)化硅藻礦物材料的天然稟賦或功能，發(fā)展具有光催化降解功能的高性能環(huán)保材料、具有相變儲能與調溫功能的節能材料是硅藻土復合功能材料的重要趨勢和方向，將顯著(zhù)提升硅藻土的應用價(jià)值和應用范圍。
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