硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖, 主要由硅藻及一部分放射蟲的硅質(zhì)遺骸所組成。其化學(xué)成分主要是SiO2 , 含有少量的Al2O3 、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機質(zhì)。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(tài)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(jīng)自然環(huán)境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物, 硅藻土的顆?？捉Y(jié)構(gòu)與硅藻密切相關(guān)。硅藻殼種類繁多、形態(tài)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(tài)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(gòu)造, 有別于大多數(shù)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(shù)日趨成熟的前提下, 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及民用領(lǐng)域會占有更大的份額, 是絕大多數(shù)非金屬礦物無法替代的。
硅藻土的應(yīng)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(chǎn)助濾劑。目前已有幾十個國家和地區(qū)生產(chǎn)硅藻土制品, 年產(chǎn)量達數(shù)百萬噸, 其中產(chǎn)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(chǎn)近百萬噸左右的硅藻土, 其中65% 用以生產(chǎn)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(nóng)藥載體等方面。
德國每年生產(chǎn)30 萬噸-32 萬噸硅藻土,其中50% 用作各種填料, 30%用于生產(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)礬催化劑的成果已應(yīng)用于生產(chǎn)。我國20世紀80 年代前, 硅藻土大部分應(yīng)用在保濕材料方面。近些年來, 硅藻土應(yīng)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(fā)展需要優(yōu)質(zhì)材料。 但我國硅藻土從品種和產(chǎn)品質(zhì)量上仍不能滿足市場要求, 在許多領(lǐng)域沒有得到充分應(yīng)用。因此, 根據(jù)我國硅藻土的特點, 借鑒國外的先進技術(shù), 提高硅藻土品質(zhì), 開發(fā)硅藻土的新用途將給硅藻土行業(yè)帶來新的機遇。在化工領(lǐng)域, 以硅藻土原料或基材合成組裝新型多孔材料, 開發(fā)新型催化劑, 是提高產(chǎn)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(yī)療分析、生物工程、石油化工、建筑、軍工等部門應(yīng)用前景良好。隨著生室環(huán)境, 在這一方面硅藻土更是大有可為。從國外發(fā)展情況來看, 利用硅藻土生產(chǎn)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(huán)境污染治理方面, 硅藻土成膜應(yīng)用技術(shù)近年來也受到了廣泛關(guān)注, 多種硅藻土分離膜相繼開發(fā), 硅藻土凈化處理技術(shù)也日趨完善, 現(xiàn)在重要的是將其積極應(yīng)用在環(huán)保中。
在農(nóng)業(yè)方面,我國在國家十五糧食行業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃中, 明確提出了利用硅藻土防治儲糧蟲害技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)。如果在農(nóng)業(yè)上普遍推廣, 不僅節(jié)約大量糧食, 也為我國水土保持、生態(tài)恢復(fù)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(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃郊訉拸V, 發(fā)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(zhì)大學(xué)( 武漢) 納米科技中心, 湖北武漢430074)
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