前言
硅藻土是海洋或湖泊中生長的硅藻類的殘骸在水底沉積，經(jīng)自然環(huán)境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物。我國國產(chǎn)硅藻土的研究始于20世紀50年代初期，主要利用硅藻土作催化劑載體和助濾劑，還應(yīng)用于建筑保溫材料。后來由于硅藻土獨特的多孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的吸附性能，其應(yīng)用范圍不斷擴大。本文介紹了硅藻土的結(jié)構(gòu)和性能，并對其在助濾劑、填料、載體和建筑材料等方面的應(yīng)用及前景進行了綜述。
1硅藻土的結(jié)構(gòu)和性能
硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻土遺體組成，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)。SiO2通常占80%以上，最高可達94%。優(yōu)質(zhì)硅藻土的氧化鐵含量一般為1-1.5%，氧化鋁含量為3-6%.
硅藻土的礦物成分主要是蛋白石及其變種，其次是硅土礦物-水云母、高嶺石和礦物碎屑。礦物碎屑為石英、長石、黑云母及有機質(zhì)等。有機物含量從微量到30%以上。
硅藻土的顏色為白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等，有細膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強的特性。
硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，如圓盤狀、針狀、筒狀、羽狀等。松散密度為0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度為1-1.5（硅藻骨骼微粒為4.5-5μm），孔隙率為80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水，是熱、電、聲的不良導(dǎo)體，熔點1650-17500C，化學(xué)穩(wěn)定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強酸，但能溶于強堿溶液中。
硅藻土中的二氧化硅多數(shù)是非晶體，堿中可溶性硅酸含量為50-80%。非晶型二氧化硅加熱到800-10000C時變?yōu)榫停瑝A中可溶性硅酸可減少到20-30%。
2硅藻土的應(yīng)用
硅藻土因其孔隙度大、吸附性強、溶重小，熔點高，隔熱吸音，化學(xué)性能穩(wěn)定等工藝特性，而被廣泛的應(yīng)用于輕工、化工、建材等領(lǐng)域。
硅藻土在涂料、造紙、塑料、橡膠、油漆、殺蟲劑等工業(yè)中，常被用來做吸附劑和充填劑。而用硅藻土制成的隔熱磚、耐火石灰，則廣泛應(yīng)用于煉鋼、動力機械設(shè)備和熱處理玻璃陶瓷窯及冷藏設(shè)備上。制糖、釀酒業(yè)利用硅藻土的顯微孔隙，做過濾劑和漂白材料，以澄清各種有機溶劑。硅藻土還可用于做水泥的混合材料、輕質(zhì)建筑磚和防火材料。
2.1助濾劑
助濾劑是硅澡土的主要用途之一，占總消耗量的60%以上。美國是世界上最大的助濾劑生產(chǎn)國和出口國。硅藻土產(chǎn)品中67％為助濾劑，其中40%用于出口．助濾劑的生產(chǎn)過程主要包括硅藻土的除雜和煅燒，控制粒徑在25-125μm之間．孔隙率85%左右，以增強吸附能力和流速．硅藻土助濾劑比傳統(tǒng)的膨脹珍珠巖助濾劑過濾速度快，濾液純清度高，目前巳廣泛應(yīng)用于啤灑，飲料，釀造，油脂，制糖，有機溶劑，藥品和油漆等行業(yè)。
硅藻土助濾劑的主要功能為分離液體中的懸浮固體顆粒，是一種純物理過程的吸附分離。它可以加工成多孔的墊片或由過濾隔膜(如布，篩網(wǎng)、金屬網(wǎng)片等)作支承物的濾餅，這種過濾方式稱為預(yù)涂層過濾．也可以將助濾劑直接加入被過濾懸浮液中(稱為體助濾劑)，通常兩者同時使用。體助濾劑既可以從懸浮液中捕捉固體粒子，又可防止濾餅上各種粒級和微粒形成致密層，使隔膜堵塞，從而提高濾餅的孔隙串和滲透率。
目前，硅藻土助濾劑還被應(yīng)用在污水處理和廢氣過濾中。如化工，造紙、制藥等工業(yè)污水過濾。對于汽車和其它動力廢氣，利用硅藻土的分子篩功能，可以吸附大量的煙粒，以凈化空氣。并由此進一步開發(fā)研制成硅藻土發(fā)光沸石型分子篩，應(yīng)用于酸性氣體的干燥中。
2.2填料
填料是硅藻土的第二大用途，在美國占消費量的20％以上，我國略高。主要用于涂料，油漆，塑料．橡膠，醫(yī)藥，牙膏、磨料和化學(xué)試劑等方面。近年來還利用硅藻土的多孔性和透氣性研制成系列化妝品填料。
塑料摻入硅藻土的主要功能是提高制品的彈性和耐熱性、耐磨性。而塑料中的防老化劑，防紫外線輻射劑，抗氧劑等添加劑以硅藻土作為載體摻入，效果更顯著。如摻硅藻土的硬質(zhì)聚氯乙烯塑料制品已廣泛應(yīng)用于土建工程上。
硅藻土也可用做天然橡膠、合成橡膠的補強填充劑，增強硫化膠的物理機械性能。尤其是在淺色橡膠制品中應(yīng)用，可替代補強劑白炭黑，或者部分替代白炭黑使用，能使硫化膠體現(xiàn)出較理想的硫化特性，良好的物理機械性能。聚硅酮橡膠和機械橡膠中摻入硅藻土填料，以改善機械性能是應(yīng)用最廣泛的。
2.3載體
現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中幾乎半數(shù)以上的生產(chǎn)過程采用了催化劑，催化劑載體的種類及性質(zhì)對催化效果及生產(chǎn)品質(zhì)量有著十分顯著的影響。自20世紀70年代末研制成硅藻土催化劑載體以來，以其卓越的性能取代了大量的其它產(chǎn)品，目前硅藻土催化劑載體占總量的60％強。特別是我國硫酸工業(yè)中的釩催化劑載體，居國際領(lǐng)先水平，它可以根據(jù)設(shè)計要求控制催化劑釋放量和延時釋放，極大地提高了催化劑的有效利用率和產(chǎn)品質(zhì)量及SO2轉(zhuǎn)換率，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)外已研制成系列硅藻土催化劑載體．如N2，H2，He和Ni硅藻土催化劑載體，氧此反應(yīng)催化劑載體；又如把氯酸鹽(11．07%-27.52％)、草酸{9．23％一22．36％}、固體惰性稀釋劑Na2SO4(7．38％一22．02％)和載體硅藻土(18．35％一42．80％)制成一種室內(nèi)空氣除臭殺菌劑，使用壽命達半年以上，比日本同類產(chǎn)品的使用壽命高2／3--1／3。另外氣液分配色譜載體，分子色層分離載體，氣相色譜和薄層色譜載體等也在國內(nèi)外研制成功。 利用硅藻土中硅藻的顯微結(jié)構(gòu)，還研制成生物醫(yī)藥工程載體．
硅藻土化肥載體和農(nóng)藥載體，國內(nèi)外研究應(yīng)用較多，它們可以極大地提高化肥和農(nóng)藥的時效性防止化肥和農(nóng)藥的流失，促進農(nóng)作物的生長，特別適合于沙丘地域的施肥和豆科作物的根間施藥，可使肥效和藥效在6～7周內(nèi)連續(xù)釋放。另一方面，
硅藻土能吸收相當于自身體積2．5倍的水，因此，使用硅藻上作載體的化肥和農(nóng)藥后，可以有效地防止土壤結(jié)硬和水份流失。
2.4建筑材料
2.4.1建筑隔熱保溫屋面墻體粉料
-定比例的粉煤灰、膨脹珍珠巖、消石灰、硅藻土、石膏、短巖棉、水泥、木質(zhì)素磺酸鈣、黏合劑均勻混合而成。它具有生產(chǎn)成本低、隔熱保溫與隔音防火性好、制作工序簡單、容重輕、不粉化脫落、不吸濕變形和不含致癌物質(zhì)石棉的特點。
2.4.2一種稀土復(fù)合隔熱保溫材料
以10％～50％的珍珠巖、1％一1．5％的石棉粉、約0．001％的高溫膠、1％一10％的硅藻土，1％黏合劑、1％一6％的復(fù)合稀土添加劑、1％一5％的礦渣棉、10％的石膏粉、0--1％的硅酸鋁纖維和水為原料，經(jīng)選料、除雜、粉碎后，一次同時投入攪拌池中混合攪拌直至成為均勻膏體后，用成型機壓制成型材、烘干待用。該材料融熱性能好，適用范圍廣。
此外，硅藻土輕骨料、硅藻土玻璃纖維增強水泥板、輕質(zhì)硅藻土水泥、硅藻土建筑陶瓷、硅藻土微孔玻璃等新型建材制品在國內(nèi)外廣泛生產(chǎn)應(yīng)用。
3發(fā)展趨勢
從應(yīng)用角度看，高純度（指非晶質(zhì)SiO2含量大于等于95%）硅藻土制品具有明顯的優(yōu)勢。近年來，國外有關(guān)高純制品的研究方興未艾，國內(nèi)在此方面則處于滯后、被動地位。國產(chǎn)硅藻土產(chǎn)品質(zhì)量與國外相比還有較大差距，今后我國的研究重點應(yīng)是盡快研究硅藻土新的提純技術(shù)，為滿足新產(chǎn)品開發(fā)的需要，應(yīng)充分利用硅藻土獨特的表面性質(zhì)、微孔結(jié)構(gòu)開展有關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，著重于對硅藻土的表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的人為調(diào)控。此外，硅藻土在輕工、日化產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)、化工、環(huán)保、選礦與加工、制藥、電力等方面有著廣泛的用途。可以預(yù)料，隨著硅藻土研究的進一步深入，還會不斷開發(fā)出新的硅藻土產(chǎn)品，其應(yīng)用前景十分廣闊。
硅藻土是海洋或湖泊中生長的硅藻類的殘骸在水底沉積，經(jīng)自然環(huán)境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物。我國國產(chǎn)硅藻土的研究始于20世紀50年代初期，主要利用硅藻土作催化劑載體和助濾劑，還應(yīng)用于建筑保溫材料。后來由于硅藻土獨特的多孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的吸附性能，其應(yīng)用范圍不斷擴大。本文介紹了硅藻土的結(jié)構(gòu)和性能，并對其在助濾劑、填料、載體和建筑材料等方面的應(yīng)用及前景進行了綜述。
1硅藻土的結(jié)構(gòu)和性能
硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻土遺體組成，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)。SiO2通常占80%以上，最高可達94%。優(yōu)質(zhì)硅藻土的氧化鐵含量一般為1-1.5%，氧化鋁含量為3-6%.
硅藻土的礦物成分主要是蛋白石及其變種，其次是硅土礦物-水云母、高嶺石和礦物碎屑。礦物碎屑為石英、長石、黑云母及有機質(zhì)等。有機物含量從微量到30%以上。
硅藻土的顏色為白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等，有細膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強的特性。
硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，如圓盤狀、針狀、筒狀、羽狀等。松散密度為0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度為1-1.5（硅藻骨骼微粒為4.5-5μm），孔隙率為80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水，是熱、電、聲的不良導(dǎo)體，熔點1650-17500C，化學(xué)穩(wěn)定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強酸，但能溶于強堿溶液中。
硅藻土中的二氧化硅多數(shù)是非晶體，堿中可溶性硅酸含量為50-80%。非晶型二氧化硅加熱到800-10000C時變?yōu)榫停瑝A中可溶性硅酸可減少到20-30%。
2硅藻土的應(yīng)用
硅藻土因其孔隙度大、吸附性強、溶重小，熔點高，隔熱吸音，化學(xué)性能穩(wěn)定等工藝特性，而被廣泛的應(yīng)用于輕工、化工、建材等領(lǐng)域。
硅藻土在涂料、造紙、塑料、橡膠、油漆、殺蟲劑等工業(yè)中，常被用來做吸附劑和充填劑。而用硅藻土制成的隔熱磚、耐火石灰，則廣泛應(yīng)用于煉鋼、動力機械設(shè)備和熱處理玻璃陶瓷窯及冷藏設(shè)備上。制糖、釀酒業(yè)利用硅藻土的顯微孔隙，做過濾劑和漂白材料，以澄清各種有機溶劑。硅藻土還可用于做水泥的混合材料、輕質(zhì)建筑磚和防火材料。
2.1助濾劑
助濾劑是硅澡土的主要用途之一，占總消耗量的60%以上。美國是世界上最大的助濾劑生產(chǎn)國和出口國。硅藻土產(chǎn)品中67％為助濾劑，其中40%用于出口．助濾劑的生產(chǎn)過程主要包括硅藻土的除雜和煅燒，控制粒徑在25-125μm之間．孔隙率85%左右，以增強吸附能力和流速．硅藻土助濾劑比傳統(tǒng)的膨脹珍珠巖助濾劑過濾速度快，濾液純清度高，目前巳廣泛應(yīng)用于啤灑，飲料，釀造，油脂，制糖，有機溶劑，藥品和油漆等行業(yè)。
硅藻土助濾劑的主要功能為分離液體中的懸浮固體顆粒，是一種純物理過程的吸附分離。它可以加工成多孔的墊片或由過濾隔膜(如布，篩網(wǎng)、金屬網(wǎng)片等)作支承物的濾餅，這種過濾方式稱為預(yù)涂層過濾．也可以將助濾劑直接加入被過濾懸浮液中(稱為體助濾劑)，通常兩者同時使用。體助濾劑既可以從懸浮液中捕捉固體粒子，又可防止濾餅上各種粒級和微粒形成致密層，使隔膜堵塞，從而提高濾餅的孔隙串和滲透率。
目前，硅藻土助濾劑還被應(yīng)用在污水處理和廢氣過濾中。如化工，造紙、制藥等工業(yè)污水過濾。對于汽車和其它動力廢氣，利用硅藻土的分子篩功能，可以吸附大量的煙粒，以凈化空氣。并由此進一步開發(fā)研制成硅藻土發(fā)光沸石型分子篩，應(yīng)用于酸性氣體的干燥中。
2.2填料
填料是硅藻土的第二大用途，在美國占消費量的20％以上，我國略高。主要用于涂料，油漆，塑料．橡膠，醫(yī)藥，牙膏、磨料和化學(xué)試劑等方面。近年來還利用硅藻土的多孔性和透氣性研制成系列化妝品填料。
塑料摻入硅藻土的主要功能是提高制品的彈性和耐熱性、耐磨性。而塑料中的防老化劑，防紫外線輻射劑，抗氧劑等添加劑以硅藻土作為載體摻入，效果更顯著。如摻硅藻土的硬質(zhì)聚氯乙烯塑料制品已廣泛應(yīng)用于土建工程上。
硅藻土也可用做天然橡膠、合成橡膠的補強填充劑，增強硫化膠的物理機械性能。尤其是在淺色橡膠制品中應(yīng)用，可替代補強劑白炭黑，或者部分替代白炭黑使用，能使硫化膠體現(xiàn)出較理想的硫化特性，良好的物理機械性能。聚硅酮橡膠和機械橡膠中摻入硅藻土填料，以改善機械性能是應(yīng)用最廣泛的。
2.3載體
現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中幾乎半數(shù)以上的生產(chǎn)過程采用了催化劑，催化劑載體的種類及性質(zhì)對催化效果及生產(chǎn)品質(zhì)量有著十分顯著的影響。自20世紀70年代末研制成硅藻土催化劑載體以來，以其卓越的性能取代了大量的其它產(chǎn)品，目前硅藻土催化劑載體占總量的60％強。特別是我國硫酸工業(yè)中的釩催化劑載體，居國際領(lǐng)先水平，它可以根據(jù)設(shè)計要求控制催化劑釋放量和延時釋放，極大地提高了催化劑的有效利用率和產(chǎn)品質(zhì)量及SO2轉(zhuǎn)換率，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)外已研制成系列硅藻土催化劑載體．如N2，H2，He和Ni硅藻土催化劑載體，氧此反應(yīng)催化劑載體；又如把氯酸鹽(11．07%-27.52％)、草酸{9．23％一22．36％}、固體惰性稀釋劑Na2SO4(7．38％一22．02％)和載體硅藻土(18．35％一42．80％)制成一種室內(nèi)空氣除臭殺菌劑，使用壽命達半年以上，比日本同類產(chǎn)品的使用壽命高2／3--1／3。另外氣液分配色譜載體，分子色層分離載體，氣相色譜和薄層色譜載體等也在國內(nèi)外研制成功。 利用硅藻土中硅藻的顯微結(jié)構(gòu)，還研制成生物醫(yī)藥工程載體．
硅藻土化肥載體和農(nóng)藥載體，國內(nèi)外研究應(yīng)用較多，它們可以極大地提高化肥和農(nóng)藥的時效性防止化肥和農(nóng)藥的流失，促進農(nóng)作物的生長，特別適合于沙丘地域的施肥和豆科作物的根間施藥，可使肥效和藥效在6～7周內(nèi)連續(xù)釋放。另一方面，
硅藻土能吸收相當于自身體積2．5倍的水，因此，使用硅藻上作載體的化肥和農(nóng)藥后，可以有效地防止土壤結(jié)硬和水份流失。
2.4建筑材料
2.4.1建筑隔熱保溫屋面墻體粉料
-定比例的粉煤灰、膨脹珍珠巖、消石灰、硅藻土、石膏、短巖棉、水泥、木質(zhì)素磺酸鈣、黏合劑均勻混合而成。它具有生產(chǎn)成本低、隔熱保溫與隔音防火性好、制作工序簡單、容重輕、不粉化脫落、不吸濕變形和不含致癌物質(zhì)石棉的特點。
2.4.2一種稀土復(fù)合隔熱保溫材料
以10％～50％的珍珠巖、1％一1．5％的石棉粉、約0．001％的高溫膠、1％一10％的硅藻土，1％黏合劑、1％一6％的復(fù)合稀土添加劑、1％一5％的礦渣棉、10％的石膏粉、0--1％的硅酸鋁纖維和水為原料，經(jīng)選料、除雜、粉碎后，一次同時投入攪拌池中混合攪拌直至成為均勻膏體后，用成型機壓制成型材、烘干待用。該材料融熱性能好，適用范圍廣。
此外，硅藻土輕骨料、硅藻土玻璃纖維增強水泥板、輕質(zhì)硅藻土水泥、硅藻土建筑陶瓷、硅藻土微孔玻璃等新型建材制品在國內(nèi)外廣泛生產(chǎn)應(yīng)用。
3發(fā)展趨勢
從應(yīng)用角度看，高純度（指非晶質(zhì)SiO2含量大于等于95%）硅藻土制品具有明顯的優(yōu)勢。近年來，國外有關(guān)高純制品的研究方興未艾，國內(nèi)在此方面則處于滯后、被動地位。國產(chǎn)硅藻土產(chǎn)品質(zhì)量與國外相比還有較大差距，今后我國的研究重點應(yīng)是盡快研究硅藻土新的提純技術(shù)，為滿足新產(chǎn)品開發(fā)的需要，應(yīng)充分利用硅藻土獨特的表面性質(zhì)、微孔結(jié)構(gòu)開展有關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，著重于對硅藻土的表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的人為調(diào)控。此外，硅藻土在輕工、日化產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)、化工、環(huán)保、選礦與加工、制藥、電力等方面有著廣泛的用途。可以預(yù)料，隨著硅藻土研究的進一步深入，還會不斷開發(fā)出新的硅藻土產(chǎn)品，其應(yīng)用前景十分廣闊。
