我国硅藻土矿利用现状及开发利用对策

李志威，王 鸽，李忠水，王 宏, 郭 霞，赵 琪，南 瑶

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心，北京 100035；2.咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712021；3.中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033)

硅藻土是硅藻的遗骸堆积而形成的一种具有多孔性的硅质岩石[1-2]，化学成分以SiO2为主，可用SiO2·nH2O表示，矿物成分为蛋白石及其变种[3]。主要分布在美国、中国、日本、丹麦、法国、罗马尼亚等国。硅藻土因其良好的物理和化学特性，广泛应用于食品、医药、环保以及生态建材、催化剂与农药载体、沥青改性剂、复合材料等领域[4]，是一种与现代食品安全、生物制药、健康环保、节能等相关的重要非金属矿产资源与功能矿物材料。

本文对我国硅藻土资源进行调研分析，从资源分布及硅藻土性能等方面对我国硅藻土特点进行阐述；从我国硅藻土市场产业现状及主要地区产业情况对市场现状进行分析，总结我国硅藻土消费结构，提出硅藻土市场开发利用存在问题，并提出产业发展建议。伴随我国节能、环保要求的提高，以及工业发展、人民生活水平提高和硅藻土产业自身的技术进步，为我国硅藻土产业发展提供良好的发展机会。

1 我国硅藻土资源特点

据统计，全球122个国家和地区都有硅藻土资源，储量约28亿t；其中美国是世界上最大的硅藻土储量国[5]，硅藻土储量约为6.8亿t，占世界总量的24.2%；中国仅次于美国，硅藻土储量约占全球总量的20%左右，位列世界第二。近年来，在阿尔及利亚、阿曼、新西兰和赞比亚等地陆续发现新的硅藻土资源。在全球硅藻土资源中，仅有美国加利福尼亚州的罗姆波克矿床、中国吉林省长白的马鞍山矿床和西大坡矿床，可不经选矿直接加工生产硅藻土助滤剂[6]。

1.1 资源分布

我国已探明储量5.13亿t，远景储量超过20亿t，主要分布在吉林、内蒙古、浙江、云南等地[7-8]，其中吉林省探明储量约3.56亿t，占全国探明储量的70%，吉林长白山地区远景储量超过6亿t；云南省探明储量0.82亿t，约占全国探明储量的16%；浙江省探明储量0.43亿t，约占全国探明储量的8%。吉林、云南、浙江三省的探明储量约占我国探明储量的90%；四川、内蒙古等其余省区约占10%。

1.2 资源类型

根据硅藻土中硅藻含量及其特征矿物共生情况，可将硅藻土类型划分为高纯硅藻土、粘土质硅藻土、高烧失量硅藻土、高钙硅藻土和高油硅藻土五种类型。

从品质上看，我国硅藻土矿石以含粘土硅藻土和粘土质硅藻土为主，硅藻含量大多在80%以下(表1)。

表1 硅藻土类型特征

我国优势硅藻土资源主要集中于吉林长白，有I级硅藻原土，且资源储量较大，其他地区硅藻土为Ⅱ级、Ⅲ级土。吉林省硅藻土矿主要分布在临江、长白、抚松、靖宇、延边敦化、通化梅河口等地，但优质硅藻土主要分布于临江—长白地区，是国内硅藻土资源储量最大的矿区，也是国内优质硅藻土资源的集中地。截止2017年底，临江—长白地区累计查明资源储量超3亿t，查明资源储量占全省的89.76%。Ⅰ级品和Ⅱ级品主要分布于临江—长白地区，资源储量约0.80亿t，占资源储量的23.28%，其中，临江市Ⅰ+Ⅱ级硅藻土资源储量3 200万t左右，长白县Ⅰ+Ⅱ级硅藻土4 800万t左右。其他地区均为Ⅱ级、Ⅲ级品和Ⅳ级品。

硅藻土中的其他矿物成分主要包括粘土矿物(高岭石、蒙脱石、水云母等)、碎屑矿物(石英、长石、云母等)、自生矿物(黄铁矿、方解石、白云石等)和有机质，这些矿物成分的含量因矿石类型而不尽相同。杂质矿物的存在，不仅影响硅藻土的物理化学性质，而且还直接影响它的过滤性能(如减小孔隙率及孔体积等)。硅藻土中的铁、钙等有害成分含量相对较高，以分离状态存在，其溶出率较高，许多饮料、酒类过滤时，铁溶出量高会影响产品的口感和风味。硅藻土中方石英含量过高，也影响硅藻土的助滤性能。所以，应尽可能地去掉硅藻土中所含的杂质，提高其SiO2纯度，硅藻土的纯度越高，应用性能越好。

1.3 硅藻土的性能

硅藻土是一种单细胞藻类，其形状极为细小，一般只有几微米到几十微米[12]。颜色为白色、灰白色和浅褐灰色等，主要物理性能是松散、质轻、多孔和渗透性强，热稳定性好，化学稳定性好，而且是热、电、声的不良导体[13]。其短程有序的微孔结构及活性二氧化硅组分，赋予了硅藻土独特的吸附净化、保温隔热、吸声降噪、助滤/过滤等功能。充分利用硅藻土的天然特性，使其在助滤剂、涂料、填料、载体、保温隔热、建材等行业被广泛使用，并逐渐发展成为新兴产业不可替代的原材料。

根据硅藻壳片的大小、形态和孔结构等特征进行硅藻种属分类，可细分为2个目16个科。我国主要藻类为圆盘藻、小环藻和冠盘藻(图1a、b)、圆筛藻(图1b)、管状藻(图1c)、直链藻(图1d)等。吉林、山东、浙江、四川以中心硅藻纲为主，这种硅藻土用作催化剂载体性能较差，可以用作助滤剂、保温隔热材料和各种填料、研磨料等方面；云南腾冲以羽纹纲的硅藻为主，这种硅藻土经煅烧后，可以制作不同型号助滤剂；内蒙古以管状硅藻土为主，这种硅藻壳对催化剂有很好的承载性和透气性，所以它是用作催化载体的优质原料[14-16]。

图1 电子显微镜下硅藻结构形态

长白马鞍山、临江六道沟的硅藻土硅藻属种以小环藻、圆筛藻为主，都以堆密度小、孔体积小、比表面积小、孔半径大为特征，是用作助滤剂的优质材料。白山地区的硅藻土性能最独特，可用于生产各类硅藻土产品，但最具竞争力的领域是助滤材料，也是目前国内外硅藻土的主导性应用领域，其附加值也最高，其他填料、保温材料等领域也有应用，但主要采用Ⅱ级及以下土。

2 我国硅藻土产业现状

2.1 硅藻土产业状况

自20世纪60年代，经过近六十年的发展，我国已形成仅次于美国规模的硅藻土加工利用产业链。目前有吉林、浙江、云南三大生产基地，硅藻土市场主要是过滤材料和保温材料。在产品结构上，吉林以生产助滤剂为主导产品，浙江以生产保温材料为主导产品，云南以生产低端助滤剂、保温材料、填料和轻型墙体材料为主导产品。

从国内产量来看，近年来我国硅藻土产量逐年增长，截至2019年我国硅藻土产量为42万t，同比增长1.2%(图2)。

图2 2015～2019年我国硅藻土产量及增速

硅藻土应用于助滤剂、保温材料、建筑、造纸、填料、催化剂、土壤治理、硅藻泥、医药等众多领域，具有广阔的应用前景，但部分应用领域还没有大规模开发利用。

2.2 硅藻土开发利用情况

(1)吉林硅藻土资源开发始于20世纪50年代，初期主要用于保温、耐火材料；70年代开始研制、生产助滤剂和催化剂；80年代开发出微孔硅酸钙保温制品，并进行农业应用研发。20世纪90年代以来，硅藻土作为一种环保新型材料，市场需求量不断加大，吸引了大量科研单位和企业进行深入研究和产品研发，硅藻土产业集中趋势逐渐显现。现有两个省级硅藻土园区，分别是临江硅藻土工业集中区和长白县八道沟硅藻土特色工业园。

目前，吉林白山初步形成以过滤材料、功能填料、生态建材、载体材料四大类产品为主体的硅藻土产品体系。其中，过滤材料的主导产品助滤剂占全国市场份额超过90%；功能填料，如橡胶补强剂、塑料添加剂、造纸添加剂、轻质纸张填料、饲料添加剂、消光剂、化妆品和牙膏填料等年产量超5万t；生态建材，如硅藻土地板、地砖、涂料、壁纸、瓷砖等，已经规模化生产，发展前景良好；载体材料，如催化剂载体、纳米二氧化钛载体、肥料和农药载体等，具有释放缓慢、环保、土壤不板结等特点，市场前景广阔。

(2)云南生产硅藻土相关产品企业较多，但目前正常营业的较少。腾冲的硅藻土开采基本为农户小规模露天开采，根据当地政府环保要求，腾冲的硅藻土深加工企业基本已经停滞，腾冲基本无产品流出或是白山企业代加工。云南寻甸县硅藻土企业主要产品有路用硅藻土、助滤剂、保温材料、农药载体、橡胶补强剂等，其中农药载体、污水处理剂少量应用，没有形成较大规模的产业链，再加上当地的环保政策，云南的硅藻土只有零星产品。

(3)浙江由于当地环保政策原因，硅藻土企业基本已整合，大部分被关停，生产线也拆除，嵊州目前只有四家硅藻土企业。浙江的硅藻土资源品质差，只能做保温板、耐火砖等，不能用于生产助滤剂产品。浙江嵊州的企业生产助滤剂用的白山硅藻土，年生产1～2万t，且都是白山当地企业不做的零星市场，其余都生产填料、保温板及耐火、隔热砖等。

(4)内蒙古硅藻土属于“鸡窝矿”，开采条件差，能开采出的硅藻土原矿基本为直链藻或者管状藻，品质不佳，产品性能不稳定，仅限于板材及部分催化剂产品，市场份额很小。

2.3 硅藻土消费结构

我国的硅藻土产品主要用于国内消费，少量用于出口。我国每年进口少量的高附加值的硅藻土[17]。经过60多年的发展，目前可生产过滤材料、保温材料、功能填料、建筑材料、催化剂载体和水泥混合材料等制品[18]，应用于食品、医药、化工、建材、环保、石油、冶金、造纸、橡胶、农业、畜牧业等行业，产品达500余种之多，尤其是在过滤材料、吸附净化、功能填料、土壤改良等领域前景广阔(表2)，硅藻土资源的重要性逐步显现，并形成了吉林、浙江和云南三大硅藻土基地。

表2 我国硅藻土主要产品及应用领域

我国硅藻土资源主要用于过滤材料和保温材料。其中助滤剂是硅藻土最主要的用途和主流产品，助滤剂产量一般占到硅藻土总销量的65%；填料、磨料约占硅藻土总产量的13%，吸附净化材料约占总产量的16%，土壤改良及肥料约占总产量的5%，其他约为1%。以市场销售量为依据，2018年我国硅藻土各类产品的销售量见表3。

表3 2018年硅藻土各类产品的销售量

总体来说，我国的硅藻土产量呈现稳中有升的趋势，主要涉及助熔煅烧品、低温煅烧品、非煅烧品、非煅烧造粒等。随着我国经济的发展，城市化的进程，我国对硅藻土资源需求力度正在加大，自1994～2019年我国的硅藻土表观消费量逐年增加。

3 开发利用存在的问题

我国自20世纪50年代应用硅藻土资源以来，硅藻土的综合利用能力逐步提高。尽管产业取得了长足的发展，但仍处在初级阶段，基本特点是技术水平低，产品加工程度低，市场单一，企业规模小，处于资源密集型的粗放式经营状态，与国外仍有较大差距(表4)。

表4 国内外硅藻土产业现状对比

(1)资源综合利用低。

我国硅藻土资源储量大，尤其吉林白山硅藻土以品质好而闻名。白山市I级硅藻土(SiO2≥85%)约占总量的20%～25%，II级、III级土占总量的65%～70%。II级、III级土分别位于I级土的上下两层，目前由于市场需求、技术水平有限，II级、III级土的利用偏低，导致矿山开采企业主要开采I级土，而将II级、III级土不开采，导致了大量的II级、III级土遗弃在矿层中，由于矿层坍塌，如果到I级土开发殆尽后再回来开采II级、III级土，开采难度将会更大，开采成本将会更高，资源开发综合利用率低，没有形成统一、规范的资源保护性开发总体设计。

(2)产业结构不合理。

生产企业以小规模的民营企业为主，在全国范围内尚未形成占有较大市场份额的硅藻土加工及制品企业集团，尚未形成适应现代市场经济和社会发展要求的规模化、集约化生产方式，属于资源开发型企业。

(3)产品结构不合理。

硅藻土企业仍以原料采掘和初加工的生产模式为主，制品助滤剂为主，产品趋同严重，导致了产品供大于求。技术含量较高的深加工产品所占比重偏小，出口仍以原矿和初加工产品为主，不能完全满足现代高新技术和新材料产业发展要求，市场竞争能力差。

(4) 技术与装备落后。

我国硅藻土深加工工艺及技术装备相对落后，加工的产品档次偏低，达不到国外同类产品的性能指标，且资源浪费和生态破坏现象严重。

(5) 研究发展滞后。

硅藻土新材料，特别是环境与健康功能材料、能源材料、生化功能材料等，品种偏少，功能性能与国外先进产品存在较大差距，技术和产品标准配套落后。多年来，国家对非金属矿行业投入少，技术研发水平低。多数硅藻土企业没有研发机构，缺少研发人员，基础研究工作薄弱，制约了硅藻土产业的发展。

4 开发利用对策建议

(1)提高硅藻土综合利用，挖掘潜在市场。资源综合利用是推动行业发展的内在动力，对II级、III级级硅藻土资源的综合利用提出强制性要求，挖掘硅藻土等优势资源潜力，扩大应用范围，提高应用层次。限制硅藻土原矿外运加工，促进硅藻土产业可持续发展。

(2)优化产业结构，推进矿业企业整合。调整优化产业布局，引进开发战略投资者，推进矿业企业资源整合。通过建设绿色矿山，逐步淘汰技术落后、产品附加值低的小企业，促进硅藻土资源的优化配置和产业发展要素的优化组合。

(3)强化产品科研攻关，促进产品升级。支持和鼓励产业龙头企业的技术改造和产品升级，提升产品附加值。创新硅藻土潜在市场，推进精细生产、精深加工，形成硅藻土系统产业链，延伸和拓展应用领域，促进更大的协同效益。

(4)完善人才引进，培养激励机制。校企联合、企企联合，加快引进、培养高层次创新人才，在企业内部培育一支基础理论扎实、学术造诣深厚、勇于开拓创新、结构合理并充满活力的开拓型科研队伍。