硅藻土的微观结构特点及其应用

1、.c n1.c n硅藻土的微观结构特点及其应用周学东2430070430070（武汉理工大学硅酸盐工程中心教育部重点实验室,（武汉理工大学硅酸盐工程中心教育部重点实验室,E-mail: qzhang6摘要：本文对我国南方某地硅藻土矿物的微观结构进行了研究分析，并根据其微观结构特点综 述了目前其在各个领域的主要应用。关键词：硅藻土 微观结构SEM 应用1. 引言硅藻土是一种由古生物硅藻的含硅尸骸沉积而成的天然矿物原料，是大自然给予人类的宝贵 财富。硅藻土矿的形成经历了上万年的地质变化。按形成硅藻土矿的硅藻体的来源，可分为

2、湖相 沉积型和海相沉积型或称为盐水沉积型和淡水沉积型两种。硅藻是一种个体很小的生物，一般为1100um硅藻土就是这种生物的残骸沉积物。由于硅藻富有多孔结构，可以吸附0.1-1.0um以上的颗粒或细菌，故具有过滤、除菌的功能。硅藻的种属很多，常见的有圆筛藻、直链藻、冠盘藻、卵形藻、桅杆藻、小环藻等。由于硅藻土矿的形成经历了漫长的地质年代，除含有大量的硅藻体外，还含有很多杂质，其中常见的有 石英、粘土、铁质矿物、碳酸盐、硫酸盐、火山灰等杂质矿物。评价硅藻土矿品位的高低一般以其所含的无定形二氧化硅的含量，即硅藻体的含量为主，而目前我国以矿中二氧化硅的含量为评价标准，这样有时人们就不好区分其中无定形与

3、结晶型矿物 中的二氧化硅的相对比例是多少，给实际应用带来困难。而国外是以所含硅藻体的比例来判断矿 床的品位。硅藻土矿在我国分布比较广，已在全国14个省份发现硅藻土矿床 70余处8。总储量居世界第二。在我国北方地区，硅藻土矿主要分布在吉林长白地区、内蒙商都、山东临朐等地，而 南方矿区主要有云南腾冲、先锋，浙江嵊县，广东徐闻和四川米易等。其中大的矿区在吉林、云 南和浙江，也是我国较早开发利用的矿区。另发现高钙型硅藻土矿有两处15.但我国天然硅藻土矿的品位普遍不高，主要是中低品位，硅藻体含量一般在30% 60%,二氧化硅的含量在60% 80%，只有少数矿在 83% 90%左右，如吉林的浑江、长白地区

4、的硅藻土矿 1219。2. 硅藻土的微观结构特点硅藻土的化学成分主要是SiO 2，但其在结构上是无定形的，即非晶态的。这种非晶态的SiO 2又称蛋白石。其实是一种含水的无定形胶态 SiO 2,可以表示为SiO 2?!fQ由于产地不同，其所含水量不同；硅藻土矿样的微观结构主要由所沉积下来的硅藻的种属有关系，因硅藻的种属不同，使 得所形成的硅藻土矿的微观结构存在明显区别，故在使用性能上存在差异。以下是我们所研究的 我国某地以陆相沉积为主所形成的硅藻土矿，其硅藻以直链型为主。矿样的微观结构形貌如下：图1硅藻土原矿微观图像Fig. 1 SEM images of Diatomite从图1中的两张硅藻土

5、原矿样的电子扫描图像（原矿样为浅灰色），可以明显发现该矿是以直链藻为主的硅藻土矿，中空的硅藻体在长度上有20 - 40um，而直径在10 - 15um左右。圆柱型的硅藻体外形完整，壁上微孔大小均匀，排列整齐，孔径大小在1/10um左右，简直就是精美的天然多孔材料。圆筒壁厚在 0.8 2um，壳体壁上的微空大约有24 - 30列；此外，还有一些圆筛藻，其直径较直链藻大，但孔径比直链藻小，微孔密集，且分布均匀。而图2中的两张电子扫描图像是硅藻土原矿经930C高温煅烧后的微观形貌，可以发现该矿样经930C的高温处理，硅藻体的结构保持完好，大小孔径基本都没有变化，说明930C左右的高温对其微观结构几乎

6、没有影响，但有研究指出硅藻土经900- 1200 C的热处理会使无定形 SiO2转化为方石英1，亦有人研究指出，硅藻土经900 C的热处理，仍可保持非晶态5。这主要与矿体形成类型和其所含杂质有关。本文未对这一过程进行研究，测试。图2硅藻土 930 C煅烧样的微观图像5.c n#.c n现象；但在300C为放热峰，这可能是有机物的反应所致。Fig. 2 SEM images of Diatomite sintered at 930 C一般硅藻土经过 晶为方石英1。400C热处理，会失去所含的大部分水，当温度达到1100C

7、时，蛋白石会结在差热热重测试中，在 54'C- 120 J 170'C-220C、470-540为吸热峰，同时有失重163. 硅藻土的应用由于硅澡土独特的微观结构，使得其在建材、化工、农业、环保、食品、咼新技术等很多领域有着广泛的应用价值。在日本，硅藻土的21%用于建筑材料工业，11%用于耐火材料，33%用于载体、填料12,目前日本将其在新型建筑材料上的开发应用已取得很好效果32022。概括起来硅藻土的应用主要有：(1) 利用其微孔结构制备各种助滤剂材料8和催化剂载体。这是硅藻土的主要用途之一。它充分利用了硅藻土的微观结构特性。但作为制备助滤剂的硅藻土矿以富含园筛藻的为好，而作

8、为催化剂载体以直链藻结构的硅藻土矿为好，因为直链藻有非常大的内表面。(2) 制备保温耐火材料。在900C以下的保温材料中，硅藻土保温耐火砖是最理想的选择18，这也是我国硅藻土矿的主要应用领域之一。(3) 硅藻土可以作为活性SiO 2的主要原料来源。由于硅藻土中的SiO 2是无定形的，所以具有较高 的反应活性，如利用其与钙质原料反应制备硅钙板防火材料是非常理想的。当然对低品位的硅藻 土矿要除去其中的部分杂质1。(4) 利用其微孔吸附特性制备抗菌、防霉剂。这也是硅藻土新的重要应用之一，这是一种功能材料，其具有生态效应。杆菌的长度一般为1 - 5um,球菌的直径为0.5-2um，而硅藻土的孔径在 0

9、.5um,故用硅藻土制成的滤芯可以除去细菌，若在硅藻土滤芯中再附上抗菌剂、光敏剂，则除菌、杀菌 效果会更好，而且可以制成抗菌剂添加到其他材料中，并达到缓释长效的目的10。现在，人们可以利用高技术手段，以硅藻土为载体，制备出更加高效的硅藻土型防霉抗菌功能材料2561023。(5) 利用硅藻土来制造微空玻璃。据说上海硅所已经在实验室开发成功，其有望作为一种新型分 子筛材料，在未来的高技术领域得以应用。(6) 硅藻土对一些有毒、放射性元素有较好的吸附性，可以用来处理工业有毒废水和核废料中， 如吸附 Cd2+、Pb2+、Hg2+、89Sr2+等111721。(7) 在农业上，硅藻土可以经营养处理还可以

10、作为农作物栽培的垫层、农药载体及粮食储存中的杀虫剂，特别在储粮虫害防治上，国外早以成功应用，效果很好，而对人无毒无害，成本低廉， 是一种天然的杀虫剂。其实早在4000多年前，我们的祖先就知道这种天然原料具有防虫作用。他们在粮食储备中添加这种原料，就可以保持粮食长期储存，而不会变质，即硅藻土本身就具有杀 虫、抗菌功效。我国现已作为重大科技项目进行开发研究718。总之，随着人们对硅藻土提纯和煅烧工艺技术的不断研究与开发，其潜在的应用价值会不断 被发掘出来。参考文献1 苏波 披巴告恩等，以硅藻土为胶结料制备耐热保温蛭石制品，建筑材料，1989 年，No.8。2 刘业凤，王如竹，高吸水性能的新型复合吸

11、附剂 SiO 2?xH2OyCaCl2的孔隙结构测试与分析，中国科学，2003 年,No.9, 856864。3 冉茂宇，封闭空间调湿材料新的调湿特性指标及其理论基础，华侨大学学报，2003 年，No.1, 64669。4 冉茂宇，日本对调湿材料的研究及应用，材料导报，2002 年，No.11, 4244。5 ELIAS L.CALACAL and O.J.WHITTEMORE, The Sintering of Diatomite, Am.Ceram.Soc.Bull.,66 (5),790-793,1987.6 何媛媛，Ti02硅藻土复合光催化剂研制及光催化氧化水中亚甲基蓝的研究，染料与染

12、色，2005年No.1,53-54.7 刘小青、曹阳，硅藻土防治储粮害虫研究和应用进展，粮食储藏，2005 年No.2, 32-36。8 韩秀卿，国内外硅藻土资源开发现状及对策研究，中国非金属矿工业导刊，2001 年，No.2, 35。9 木士春，我国微米级无机多孔非金属矿及应用，1996 年，N0.9,35-38.10 郭秀瑞等，硅藻土作为抗菌剂载体的研究，中国非金属矿工业导刊，2000 年，No.2, 21 22。11 史建君等，水稻对放射性锶的吸收及撒洒硅藻土对其行为的影响，核农学报，2003 年，17 (3), 203206。12 印万忠，国外硅藻土研究评述，有色金属，2000 年，N

13、o.4,130-132。13 俞永刚译，苏联硅藻土工业利用现状及远景，矿产保护与利用，1989 年，No.1.14 石道民、张宗华，米易硅藻土提纯研究，昆明工业学院学报，1994 年，No.5, 121 12&15 于，云南宾川高钙硅藻土的初步研究，中国非金属矿工业导刊，1998 年，No.1。16 硅藻土的结构特性及其在建材等方面的应用，上海硅酸盐，1992年，No.4。17 杨玉成，硅藻土吸附重金属离子Cd "的动力学研究，中国非金属矿工业导刊，2004年，No.1, 3840。18 亚军，硅藻土储粮害虫的天然杀手硅藻土，垦殖与稻作，2004年，N0.1, 43。19 于

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