我国硅藻土的应用现状及展望

杨浩文 高文元

（大连工业大学纺织与材料科学工程学院，辽宁大连 116034）

0 前言

硅藻土是一种硅质岩石，是由单细胞硅藻类生物的硅酸盐遗骸形成的。我国的硅藻土资源十分丰富，达20亿吨以上，主要集中在东北华东地区，主要矿区集中在吉林、云南、浙江三省，其中优质土集中在吉林长白地区，其他地区多为低品位硅藻土，不能直接深加工。

目前在我国发现有硅藻土矿的省份达10多个，北方的硅藻土品位要高于南方。吉林省中长白地区的硅藻土SiO2含量达90%以上，但桦甸地区的硅藻土含量低于40%，大部分集中在70%～90%；云南的硅藻土主要集中在腾冲一带，但硅藻土品质较差，SiO2含量低于50%；浙江嵊州、山东临朐、内蒙赤峰、四川米易等地的硅藻土SiO2含量也都集中在70%～90%。

1 硅藻土的理化特性

硅藻土特殊的理化性能使其具有广泛的应用，清楚的了解硅藻土的理化性能对硅藻土的开发利用具有指导意义。

1.1 化学性质

硅藻土的主要化学成分为非晶质SiO2，在加热到800℃～1000℃时，非晶型开始向晶型转变。SiO2含量常占80%以上，最高可达94%，并含有少量的Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO等和有机杂质。

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，包括水云母、高岭石和矿物碎屑包括石英、长石、黑云母。此外还有含量从微量到30%以上的有机质。

另外，硅藻土具有较高的化学稳定性，只溶于氢氟酸，不溶于其他任何强酸；硅藻土表面覆盖大量的羟基、氢键（见图1），故呈弱酸性，能溶于强碱溶液中。羟基的存在使硅藻土具有一定的活性和吸附特性，可以通过对表面羟基的改性处理，使其具有特殊的结构进而产生特定的应用性能。

1.2 物理性质

硅藻土的密度为1.9～2.3g/cm3，堆密度0.34～0.65g/cm3，比表面积40～65m2/g，孔体积0.45～0.98m3，吸水率是自身体积的2～4倍，熔点1650℃～1750℃，在电子显微镜下可以观察到特殊多孔的构造，由于硅藻的形态不同，形成的硅藻土微观形貌也不同，一般呈圆柱状和圆筛状（见图2）。经过一定的改性处理可以提高孔体积和比表面积，进而决定吸附特性的强弱。

2 硅藻土的应用

2.1 建筑中的应用

我国在上世纪50年代利用硅藻土质轻多孔的性能，开始生产硅藻土隔热保温砖，其中以硅藻土轻质空心砖、硅藻土多孔烧结砖为主以及一些隔热粉和隔热板类产品。80年代利用硅藻土富含SiO2的特性，制备出硅酸钙绝热制品，后来相继又出现了石棉硅酸钙制品、无石棉硅酸钙制品[1]。此外，硅藻土作为水泥混合材对水泥性能的优化效果明显，使水泥的软化系数、抗压强度都有所提高，而且减轻了水泥制品的返卤现象[2]，出现了轻质硅藻土水泥[3]、硅藻土玻璃纤维增强水泥板。近年来，硅藻土经加热处理后，又被应用于建筑陶瓷和装饰性材料上[4-5]，赋予制品强度高、比重轻、收缩率小、吸湿吸烟、净化空气等特性。

图1 硅藻土表面化学结构Fig.1 The surface chemical structure of diatomite

图2 硅藻土的扫描电镜照片Fig.2 The SEM images of diatomite

2.2 沥青改性中的应用

硅藻土由于富含SiO2，也可作为改性剂应用于沥青改性，先制备出性能优良的沥青改性剂，使沥青路面抗高温、低温和抗老化，提高路面强度都有明显作用[6]。制备优良的沥青改性剂首先要对硅藻土进行筛选、加工，还要选择合适的加工方法，使其SiO2含量得到进一步提高，另外复合、偶联其他功能材料改性效果更好[7]。

2.3 农业中的应用

硅藻土吸水率高、易吸附、化学稳定性高、无毒，使其可制备农用杀虫剂，能吸收破坏害虫体表的蜡层，最后失水死亡，硅藻土杀虫剂对谷物的储存和保护起到了明显的效果[8]。我国硅藻土杀虫剂的应用技术和施药设备还处于初级阶段，急需开发出适合我国储粮特点的应用技术和高效率施药设备以提高防虫效果，降低劳动强度，为推动硅藻土杀虫剂在我国大规模推广应用提供技术支持[9]。

另外，硅藻土制成的各种除草剂[10]也对杂草的生长起到有效的抑制，并能够延长药效时间，助长农作物的生长。

硅藻土用于复合肥料中，使化肥被均匀的吸附包裹起来，可防止肥料结块，改良土壤，对土壤的保湿、土质疏松具有积极作用，并能吸附农作物生长所需元素，促使农作物的生长[11]。

2.4 吸附作用的应用

硅藻土的吸附作用包括物理吸附和化学吸附，物理吸附是由硅藻土的多孔性和较大的比表面积决定，而化学吸附是由于硅藻土表面和孔隙内分布有大量的活性硅羟基团，能与吸附质通过化学键发生结合，形成离子交换或离子对的吸附[12]。

硅藻土吸附作用的主要体现是污水处理，硅藻土可以吸附废水中的有机化合物、重金属离子、有色废水中的染料以及高氟工业废水的氟和一些细菌[13-14]。但是未改性的硅藻土应用于污水处理效果不佳：(1)用铝、铁等带正电荷的离子对其进行表面改性；(2)加入其他的絮凝剂复合制成改性硅藻土；(3)对其进行酸化、灼烧[15]等处理方法对硅藻土进行改性后，其吸附性能明显改善且效果优良。

2.5 催化性能的应用

硅藻土轻质多孔，比表面积大，质软、易吸附更改性使其具有很好的催化性能。硅藻土的催化性能主要是用溶胶-凝胶法、共沉淀法、机械力活化法附载纳米TiO2使其具有光催化性能[16]。李焕等[17]经冷冻干燥后于空气中煅烧得到了Bi2O3/硅藻土复合光催化剂，都可用于光催化降解有机物和部分无机物。另外，硅藻土和Sn的氧化物可复合成固体酸，用于催化合成酯类物质[18]。此外，用硅藻土负载钴[19]、硫酸盐[20]、Dawson型磷钨酸[21]来催化合成其他物质。

2.6 在其他行业中的应用

硅藻土可作为造纸填料，提高了纸张的印刷质量和平滑度，在滤纸中可提高滤液澄清度，并使滤速加快。在卷烟纸中可调节燃烧率，无任何毒性副作用。

硅藻土在橡胶轮胎中的应用主要体现在制备白炭黑上，白炭黑作为橡胶的补强剂，增加了制品的弹性模量，可明显减少橡胶的摩擦和提高橡胶的抗张力。

塑料中掺入硅藻土，对塑料的防老化、抗氧化、防紫外线效果显著。同时提高制品的耐热性、耐磨性。

硅藻土作为油漆、涂料的添加剂，能提高油漆、涂料的含固量、膜厚度，并使干燥速度加速，且具有消光作用。

除了上述应用，硅藻土还被用作助滤剂而广泛应用于啤酒制造、油脂工业、医药、染料、微孔材料、人造革、饲料业，作为载体应用于抛光剂、干燥剂等各行各业。

3 硅藻土应用前景展望

随着科技发展，人们对硅藻土的认识逐渐深入，已经从最初的宏观了解到现在的微观探索，对硅藻土的利用也变得精细化。但是我国对硅藻土的利用距国外还有较大差距，我国60%以上的硅藻土用于生产保温材料，10%用于生产各种填料，另有更少的用于助滤剂，这种消费构成也是由于我国的硅藻土90%左右是低品位所造成的。

我国与美国的硅藻土储量相差无几，但是美国却是世界上最大的助滤剂生产国和出口国，这就取决于硅藻土的品位，因此要使硅藻土的利用价值最大化，我们应继续对硅藻土进行改性、提纯的研究，然后进一步开发硅藻土助滤剂。

目前日本已经研制出具有自动调节室内湿度、消除异味、杀灭有害微生物的新型环保装饰材料。这也给我国硅藻土的发展带来启发，我们也应积极研发硅藻土新型环保材料，在硅藻土基制品中添加不同的催化剂，以达到不同的环保效应。像环保型消音吸烟材料、具有吸油功能的瓷砖等。

另外，硅藻土催化性能的开发也具有非常广阔的前景，通过负载镶嵌等手段复合成具有一定催化降解或催化合成其他物质功能的新材料是今后发展的主要趋势。目前国内从事此项工作的还很少，这就需要更多的科研人员投入进来。

1李兆龙,陶微微.我国硅藻土建材制品开发利用现状.非金属矿,1991,(06):47～50

2肖力光,杨艳敏,常继国.硅藻土对氯氧镁水泥性能的影响.吉林建材,2000,(01):24～26

3胡志强,高文元,宋艳龙等.硅藻土作水泥混合材的实验研究.吉林建材,1997,(2):11～13

4诸爱珍.硅藻土基多孔陶瓷的研制.陶瓷,2004,(1):17～19

5秦玉明,李远才.装饰性硅藻土基陶瓷的制备和表征.中国陶瓷,2007,43(2):38～40

6赵其仁,李林蓓.硅藻土开发应用及其进展.化工矿产地质,2005,27(2):96～101

7于漧.硅藻土作沥青改性剂的研究.矿产保护与利用,2006,(1):17～22

8于漧.硅藻土作环保型杀虫剂的研究.中国非金属矿工业导刊,2006,(6):12～15

9刘小青,曹阳,李燕羽.硅藻土杀虫剂的研究和应用进展.粮油仓储科技通讯，2006,(1):32～35

10吴玉红.硅藻土固相萃取在毒物分析中的应用.中国人民公安大学学报,2006,(4):6～10

11陈菁,臧小平,孙光明等.利用硅藻土提高化肥肥效的研究.土壤通报，2003,34(6):551～553

12王宝民,宋凯,韩瑜.硅藻土资源的综合利用研究.材料导报,2011,25(18):468～469

13李晓斌,魏成兵.硅藻土在废水处理中的应用.江苏环境科技,2008,21(2):71～74

14詹树林,林俊雄,方明辉等.硅藻土在工业污水处理中的应用研究.工业水处理,2006,26(9)：10～13

15郭智倩,韩相奎,姜延亮等.硅藻土在污水处理方面的应用现状.吉林建筑工程学院学报，2009,26(1):21～24

16马玺,王旭明,邓雁希.TiO2/硅藻土复合光催化材料的制备与光催化性能研究.非金属矿，2010,33(4):72～77

17李焕,张青红,王宏志等.氧化铋/硅藻土复合光催化剂的制备及其可见光催化性能.硅酸盐学报,2013,41(4):144～150

18陈丹云,王树立,何建英.硅藻土复合型固体酸的研制及其催化合成异丁酸丁酯.石油化工，2010,39(2):157～161

19李万伟,刘自力,毛新平.钴/硅藻土催化肉桂醛选择加氢制肉桂醇.石油化工,2007,36(3)：289～92

20成奎春.硅藻土附载硫酸盐催化合成乙酸丙酯的研究.广西师范学院学报,2003,20(3):73～76

21曹小华,任杰，柳闽生等.硅藻土负载Dawson型磷钨酸催化1,4-丁二醇环化脱水合成四氢呋喃.http://www.cnki.net/kcms/detail/31.1321.O6.20130111.1157.001.html