硅藻土

硅藻土（diatomaceous earth）它是一种天然无机非金属矿物材料，是由古单细胞硅藻经过长期地质作用形成的生物硅质岩。硅藻土的化学成分主要是二氧化硅，含有少量的氧化铝、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5有机物硅藻土常呈白色、灰白色、灰色或浅灰褐色，松散，质轻，吸附性强，具有独特的孔隙结构特征和无定形二氧化硅成分，常用作助滤剂、功能填料、保温材料、吸附剂、净化剂、硅藻壁材、催化剂载体等，广泛用于啤酒、饮料、食品、医药、化工、环保、建材、路面材料、涂料等领域，是一种食品安全、人类健康环保、与节能和现代高新技术新材料产业密切相关的矿产资源。

硅藻土早已为人所知。公元532年，罗马人用硅藻土制作轻质砖来建造教堂的穹顶；1836年，德国在汉诺威开采了第一个硅藻土矿；1893年，美国在加州开发了一个矿床，产出的硅藻土出口到法国，用作管道保温材料。19世纪后期，诺贝尔用硅藻土作为硝化甘油液体的吸收剂制造炸药；1899年，硅藻土助滤剂被用于生产过滤的粗糖溶液；1922年，许多国家已经有了硅藻土工业。之后，硅藻土的工业规模、品种、产量逐步扩大。

硅藻是单细胞植物，个体微小（1～125μm）生活在水深适宜、在特定的湖泊或浅海环境中含有可溶性硅酸。在光照温和营养等一定的物理化学条件下，硅藻通过吸收水中的可溶性硅酸形成细胞壁死后，它们的遗体沉积在海底或湖底，其有机质部分分解腐烂，化学性质稳定的硅质胞壳壁残留，从而形成硅藻土。

形成硅藻土矿的条件比较苛刻，需要同时满足以下条件：①浅水盆地，面积广，水体浅；②可溶性二氧化硅来源丰富；③营养物质供应充足；④水质好，无毒，水流稳定性好；⑤碎屑成分少，会影响硅藻土的质量和工业价值。目前发现的硅藻土矿床主要形成于第三纪和第四纪。

硅藻土资源在世界上分布广泛，总量巨大，主要分布在美国、中国、丹麦、日本、法国、墨西哥等国。中国 美国的硅藻土资源在世界上仅次于美国，主要分布在中国东北地区、东部、四川攀西及云南省东部和西南部。在已探明的硅藻土资源中，能不经选矿直接加工生产硅藻土助滤剂的只有美国加州的Rompoc矿床中国吉林省长白县的马鞍山矿床和西大坡矿床。这三个矿床一级原土的无定形二氧化硅含量为80%以上，是不可多得的优质硅藻土矿床。

矿物组成

硅藻土的化学成分主要是二氧化硅，含有少量的氧化铝、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机物。二氧化硅的含量通常占60%以上，优质硅藻土矿可达90%左右。优质硅藻土的氧化铁含量一般为1%～1.5%氧化铝含量为3%～6%。硅藻土主要含有无定形二氧化硅硅藻土越纯或硅藻含量越高，无定形二氧化硅含量越高。但是硅藻土被加热到800℃-在1000摄氏度时，其无定形二氧化硅转变为结晶二氧化硅。硅藻土呈弱酸性，是固体酸。其表面的多孔性和电负性使其表现出明显的表面吸附性同时，硅藻土表面存在大量的硅羟基和氢键，它们同时存在于硅藻土的微孔中，这也是硅藻土 吸附性能。

物理特性

纯净干燥的硅藻土呈现白色土壤。因为天然硅藻土往往含有氧化铁或有机物等杂质，所以往往呈白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等，而且有机质含量越高、湿度越大，颜色越深。硅藻土的主要物理性质是疏松（堆积密度0.3～0.5g/cm3），质轻（莫氏硬度为11.5，密度2.0g/cm3），多孔（孔隙率达60%～80%孔道有序或规则分布，孔径分布从几纳米到几百纳米，氮吸附的平均孔径约为10纳米），比表面积为10 ~ 80m2/g吸水性和渗透性强（能吸收自身重量1.5～4倍的水），热稳定性好（熔点1650 ~ 1750℃），化学稳定性好（除氢氟酸外，不溶于任何强酸，溶于强碱溶液），而且是热、电、声的不良导体。

结构特征

硅藻土是硅藻的遗骸，在微观形态上与硅藻一致硅藻土有数百种结构形式，主要为盘状、圆筒藻、圆筛藻、圆环藻、球形藻、羽形藻、棒状藻等。硅藻土表面有两种孔结构大孔和微孔，微孔孔径为20-50nm，大孔孔径100-在300nm处，硅藻土具有独特的多级孔结构。

硅藻土矿根据各种矿物质的含量可分为硅藻土、含黏土硅藻土、黏土质硅藻土、硅藻泥等类型。

1、硅藻土：不同形状的硅藻含量在80以上%，黏土含量5%左边和右边，矿物碎片1%～2%，干容重为0.35～0.5g/Cm3，硅藻土白色至灰白色灰绿色黄色，质轻细多孔疏松，生物结构，块状结构，细层理结构。属于优质矿石。

2、含黏土硅藻土：硅藻含量大于65%，黏土含量15%～20%，矿物碎屑2%～4%，干容重为0.5～0.6g/Cm3，其他特性与硅藻土相同。

3、黏土质硅藻土：硅藻含量40%～65%，黏土矿物25%～40%，矿物碎屑5%左右；干体积密度为0.6～0.7g/Cm3，灰白色或灰黄色，致密，高粘性，不易粉化，块状结构。

4、硅藻黏土：硅藻含量20%～40%，黏土矿物50%上图，矿物碎片5%～10%干堆积密度大于0.7g/cm3。灰黄色至灰绿色，较致密，粘结性强，层状微层状结构。这种类型是介于硅藻土和粘土之间的过渡类型，只有经过选矿才能用于工业。

选矿提纯

天然高纯度的硅藻土矿很少，硅藻土选矿的目的是去除其中的泥砂、碎屑及铁、铝等杂质丰富了硅藻。选矿工艺可分为粗选和精选。粗加工过程包括粉碎、混合、研磨和干燥，但粗产品可以 一般不用于过滤，所以可用作助滤剂、硅藻土作为填料和催化剂载体，需要精心加工。

硅藻土

1、对于硅藻含量较高的硅藻土，可以采用简单的旋流分离方法（即经过干燥或中温煅烧和选择性粉碎后，用旋风分离器或空气离心分离器进行分选）也可以使用湿重力沉降（硅藻原土→擦洗制浆→重力沉降→过滤→干燥）或离心沉降（硅藻原土→擦洗制浆→离心沉淀→过滤→干燥）的方法进行选别。

2、硅藻土矿床大多属于含粘土硅藻土和粘土质硅藻土，因此有必要对硅藻土和粘土颗粒进行分选和分离。目前，工业上应用的技术是：擦洗制浆→稀释→沉淀分离→负压脱水→热风干燥→精细分级→硅藻细土。首先用刷洗机将原土与水混合成稠浆，加水将浆稀释至10%～20%将浆料送入高速分散机，加入分散剂，然后将浆料依次送入一级分离器、二次分离器、在细分离器中沉淀分离，收集湿的硅藻细土，过滤干燥，得到硅藻细土。对于纯度较高的硅藻细土，物理精选后必须采用酸浸等化学方法（使用硫酸和盐酸，或者可以加入适量的氢氟酸，加热反应一定时间，使硅藻土含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO粘土矿物杂质与酸反应生成可溶性盐，然后压滤、洗涤干燥，得到高纯硅藻土）进一步提纯。

3、对于有机质含量高的粘土硅藻土，一般采用煅烧工艺来提高硅藻土的纯度。

助滤剂生产

硅藻土助滤剂的加工生产主要采用焙烧法。硅藻土助滤剂的生产工艺如下：干燥→粉碎→分离→添加熔剂→混合→焙烧→粉碎→分级筛分。

硅藻土助滤剂根据工艺不同可分为煅烧产品（指硅藻土原料经过650 C-在1000摄氏度下煅烧、粉碎、分级产品）和助溶煅烧品（它是指硅藻土原料加入适量的助溶剂，经过800℃后-在1200摄氏度下煅烧、粉碎、分级产品）两类。

白炭黑和纳米二氧化硅的制备：与结晶二氧化硅相比，硅藻土主要含有无定形二氧化硅（石英等）更容易与NaOH反应生成硅酸钠（水玻璃）然后制得白炭黑。控制酸沉和陈化的工艺条件，采用合适的颗粒表面处理技术，硅藻土也可用于制备纳米二氧化硅。

用于生产硅藻土水处理剂：硅藻土表面含有大量的硅羟基和氢键—OH基团是具有表面活性的硅藻土、吸附和酸性的本质原因。利用其电负性，硅藻土可以有效吸附水中的重金属离子。通过复合改性技术可以进一步提高硅藻土对有机废水和复杂废水的吸附性能。

制备微孔硅酸钙：硅藻土、石棉（也可以使用硅灰石和纤维状海泡石）石灰、硅酸钠（水玻璃）作为主要原料，可以制备微孔硅酸钙，其制备方法根据水合硅酸钙的形成原理分为静态法、动态法和动态-静态联合法三种。

纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料：硅藻土负载纳米二氧化钛制备纳米二氧化钛/硅藻土复合材料兼具吸附和捕获性能以及光催化降解性能；它具有高比表面积和良好的透光率；它在紫外光和太阳光下具有优异的光催化性能，具有良好的稳定性和重复使用性。通过稀土元素（如铈、钒等）非金属元素（如氟、碳、氮等）掺杂和异质结改性（如g-C3N4/TiO2、BiOCl/TiO2等）改性纳米二氧化钛的制备/硅藻土复合光催化材料能有效拓展负载纳米二氧化钛的光谱响应范围，提高其对太阳光的利用率。

硅藻土多孔陶瓷：以硅藻土为主要原料，充分利用硅藻土原有的孔隙特性，采用低温烧结（950℃以下）并且通过添加添加剂可以使孔径变小、分布均匀、具有大比表面积和一定强度的多孔陶瓷材料。

硅藻土基相变储能复合材料：以硅藻土为载体、有机固-在实验室制备了硅藻土相变储能复合材料，并对其进行了表征。

硅藻土可以通过露天开采和地下开采来开采。其开采方法取决于矿床的地理位置、矿体形状与厚度、杂质分布、覆盖层厚度、生产规模等。其中，露天开采是一种较为经济的方法，主要应用于美国和欧洲、非洲、亚洲等一些地区也采用地下开采的方法比如冰岛，采用水下开采硅藻土的方法硅藻软泥是从1米深的水中挖出来，用泵抽到工厂的。

我国硅藻土矿床一般埋藏浅，覆盖层不厚，许多矿区采用露天开采。硅藻土大多是小规模开采的。挖掘机一般用于采矿和运输设备、拖拉机、推土机、汽车、风镐、小推车等。

在开采硅藻土矿时，由于硅藻土含有大量水分，矿床潮湿，开采时粉尘较少，对工人影响不大健康。然而，在处理硅藻土时，由于直接煅烧和溶剂煅烧过程，处理后的硅藻土中应时的含量增加如果工人长时间接触空气中的二氧化硅，（硅藻土）粉尘接触会让矽肺更容易。硅藻土被开采露天储存和运输、运输后，它在地表和大气之间反复上升和下沉，导致空气中的PM2.以5和PM10为代表的颗粒物浓度飙升会危及矿区周围的人生态系统和区域环境。

助滤剂：助滤剂是硅藻土最重要的应用产品，约占我国硅藻土产品总量的35%，约占美国硅藻土产品消费量的50%硅藻土作为助滤剂，广泛应用于白酒行业（啤酒、白酒、果酒等）饮料行业（饮料、果汁等）医药（抗生素、口服液等）油脂（润滑油、食用油等）水处理（生活用水、工业用水、废水处理等）肥料、精细化工产品的过滤等。

功能性填料：硅藻土作为填料是其仅次于助滤剂的第二大用途，而且提纯后的硅藻土重量轻、多孔、隔热性好、吸附性强、化学性质稳定等可以当涂料用、塑料、橡胶、功能特性纸张、杀虫剂、肥皂、洗衣粉、肥料、沥青、炸药、涂料用颜料和填料；可以提高产品的稳定性、弹性、分散等，提高产品的强度、耐磨性和耐酸性等；作为功能性填料，还可以起到消光作用。

建材：硅藻土是硅藻泥装饰材料的主要原料硅藻土可以加入其他辅料制成保温砖、板，微孔硅酸钙、脂膏砖、保温混凝土等，也可用于制造泡沫玻璃、轻质骨料、沥青路面混合料添加剂等。

催化剂载体：硅藻土在化学反应中呈惰性，耐高温性能好，在工业上可用作硫酸工业中的钒催化剂、加氢过程中的镍催化剂、石油工业磷酸催化剂的理想载体，也可用作炸药的密度调节剂、研磨材料等；它可以在农业上用作杀虫剂、杀虫剂、高效复合肥的理想载体。

吸附材料：硅藻土可以吸附其自身重量的2.5倍的水，可用于制作地毯净化剂的液体载体、造纸中的杀虫剂载体和颜色控制剂；硫酸磷酸等有害液体，为安全起见，可转换成干粉、更易于运输和储存。

软质磨料：硅藻土具有适当的硬度和自身特殊的骨架结构，可作为磨料使用，无划痕，具有良好的研磨抛光效果。在牙膏中加入硅藻土可以提高可磨性和去污能力。

防结块剂：在肥料中加入适量的硅藻土干细粉，可以防止结块，使施肥更加均匀，保持肥效。硅藻土还可以用作炸药的防结块干燥剂。