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矽藻土(矽藻土)

壹.概述

矽藻土俗稱山粉、化石粉或放射蟲粉,是壹種生物成因的矽質沈積巖,主要由矽藻等微生物的矽質遺骸組成。有很多英文翻譯,比如Tripoli,Tripoli,TripoliEarth,Tripoli-Powder,矽藻土。

二、礦物屬性

矽藻土的主要化學成分是矽酸鹽。二氧化矽含量是衡量矽藻土礦中矽藻含量的指標之壹,二氧化矽含量越高,質量越好。中國生產的矽藻土化學成分見表2-49-1。矽藻土含水1% ~ 5%,膠體水失水溫度為110 ~ 250℃。

表2-49-1中國矽藻土化學成分(wB/%)

矽藻土壹般呈白色土狀,雜質常被氧化鐵或有機物汙染而變成灰色、白色、黃色、綠色至黑色。大多數矽藻土質輕,容易破碎,硬度為1 ~ 1.5(矽藻骨架為4.5 ~ 5)。矽藻土孔隙率和表面積大,密度低,只有0.4 ~ 0.9g/cm3,能浮在水面上。折射率為1.40 ~ 1.46,熔化煆燒後可達1.49。純矽藻土的熔點壹般為1400 ~ 1650℃。矽藻土具有很強的液體吸附能力和適中的摩擦性能。除HF外,不溶於其他酸,溶於堿。對聲音、熱和電的傳導性非常低。矽藻土礦物以矽藻為主,其次為水雲母、高嶺石、蒙脫石等粘土礦物,常混有應時、長石、黑雲母等碎屑礦物。它還經常含有有害成分,如有機物和鹽類。矽藻土具有粒狀孔隙結構。這種結構與矽藻密切相關。矽藻很小,壹般1 ~ 100 μ m,矽藻殼的種類和形狀很多,有圓盤狀、橢圓形、篩管狀、舟狀、針狀、棒狀、巖脈狀等。矽藻由於殼上微孔密集,堆積密度低,比表面積大,具有很強的吸附過濾性能,能吸附大量細小的膠體顆粒,濾除0.1 ~ 0.2 μ m以上的顆粒和細菌,各地矽藻土孔隙結構分布見表2-49-2。

表2-49-2中國矽藻土孔隙結構分布

矽藻土作為固體酸,呈弱酸性,能與弱堿反應。矽藻土表面被大量的矽羥基覆蓋,存在氫鍵,在矽藻土孔隙內表面也分布有OH基團。這些羥基是矽藻土表面活性、吸附性和酸性的根本原因。矽藻土表面有自由水和結合水。單分子水鍵合在單個SiOH上,紅外波段位於1627 cm-1,為遊離水。氫鍵形成的水分子團與孔表面的SiOH基團結合形成網絡結構。這種水被束縛在3400 cm-1的紅外波段。遊離水與SiOH結合較弱,可以在低溫下除去。結合水和SiOH形成網狀結構,結合力強,只有高溫才能去除。熱處理後矽藻土的孔容增大,孔隙因燒結而失去孔隙性質。比表面積在400℃時最大,溫度高於600℃時開始熔融現象。當溫度繼續升高到900 ~ 1250℃時,結構發生變化,無定形二氧化矽失水結晶成方形應時。當用伽馬射線照射時,原子會重新排列,出現新的強度線。

第三,用途

矽藻土具有特殊的結構和化學穩定性,適用於許多領域。不同生物物種組成的矽藻土與其用途有壹定的關系。矽藻土經過選礦後的最終產品稱為矽藻土粉、精制土、焙燒矽藻土和熔劑焙燒矽藻土,每壹種都有壹定的技術指標,用途廣泛,產品多達500多種。

1)助濾劑。矽藻土具有獨特的微孔結構和顆粒分布特征,能形成高滲透的過濾層,使其能截留各種雜質顆粒,濾除最小的懸浮物,甚至能濾除大小為1 ~ 0.1微米的顆粒雜質,使濾液高度潔凈。因此,矽藻土是壹種理想的過濾介質,其作為助濾劑的應用已成為壹個新的發展方向。目前,矽藻土助濾劑廣泛應用於許多工業部門的固液分離和液體凈化。例如用於過濾酒精、飲料、醬油、醋、酶制劑、糖、糖漿等食品和飲料。用於過濾潤滑油、動物油、植物油、切削油、變壓器油及其他油類;用於過濾油漆、染料、甲醇、酸、電鍍液、膠液、溶劑及其他化工產品;用於過濾藥品、註射劑、鏈黴素、四環素等醫用產品;它用於過濾汙水,工業廢水,飲用水,遊泳池水和其他水。采用低酸加活化劑的工藝,矽藻土可制成高效活性白土,用於工業脫色和過濾。

2)功能性填料。矽藻土的第二個主要用途是作為功能填料。矽藻土具有獨特的矽藻結構,密度低,吸附量大,比表面積大,研磨性低,因此可用作填料、隔熱材料、農藥、催化劑載體、色譜固定劑、拋光劑、磨料、光亮劑等。用於塗料、油漆、紙張、橡膠、塑料、藥品、牙膏、化學品等產品。例如,它可以用作結構填料來調節塗層的光澤和亮度。作為磨料,可用於銀拋光粉中,拋光金屬表面,在國民經濟中起著非常重要的作用。

3)保溫材料。矽藻土多孔質輕,是制造優質保溫材料的良好原料。矽藻土制成的保溫制品導熱系數幾乎比粘土和高鋁制品低壹半。而且工藝簡單,不需要復雜的設備,能耗低,價格低廉。矽藻土保溫制品氧化矽含量高,能承受1000℃左右的高溫,滿足工業窯爐對保溫材料的高溫要求,因此廣泛應用於冶金、化工、建材、電力、石化等部門。矽藻土制成的矽酸鈣板是壹種優良的保溫材料,能承受650 ~ 1000℃的高溫,廣泛應用於高層建築等工程。

4)催化劑載體。天然矽藻土的多孔結構使其具有較好的比表面積、孔容、孔徑分布等特性,成為硫酸生產釩催化劑的優良載體,增加其活性和熱穩定性,並能提高其強度和延長其使用壽命。矽藻土也是不可缺少的水泥混合材料。矽藻土粉經800 ~ 1000℃焙燒後,與矽酸鹽水泥以4∶1的重量比混合,形成耐熱混合材料。用矽藻土制成的特種水泥可用作石油鉆井或裂縫多孔地層中的低比重水泥,防止水泥漿過多造成水泥漿漏失堵塞低壓油氣層。

5)吸附劑。它也可以用作吸附劑,吸收2.5倍於自身重量的水。經過特殊處理的矽藻土粉末,即使加入50%重量的水,看起來仍然是“幹的”。

6)改性材料。將矽藻土作為改性材料添加到瀝青路面混合料中,可以改善瀝青路面混合料的強度、粘度、熱壓密實度等性能。施工成本低,施工工藝與普通瀝青路面完全相同,混合料動穩定度大,水穩定性大大提高,抗裂性明顯提高,可提高瀝青路面的抗老化和疲勞性能。

幾種主要矽藻土產品的質量要求見表2-49-3。

表2-49-3主要矽藻土產品對矽藻土質量的要求

四。地質特征

我國矽藻土礦常與粘土礦伴生,優質礦石較少。粘土可以單獨分層或與矽藻土混合形成粘土質矽藻土或雙原子粘土。壹般來說,粘土是有害成分,但在某些應用中是有益成分。矽藻土礦床與褐煤和泥炭層共生,雲南先鋒礦區是最典型的壹個。

中國的矽藻土礦床都是陸相湖泊沈積。湖盆可分為三種類型,即火山盆地(如吉林長白、山東臨朐、浙江嵊縣等。)、斷陷盆地(如雲南昆明)、山間盆地(如四川米易)。含礦地層的沈積類型屬於淡水湖生物化學沈積類型,以大量動植物化石為特征,與碳質碎屑粉砂層、粉質粘土層、矽藻粘土層共生。矽藻土礦層理發育,巖性巖相變化不大。礦體呈層狀、層狀、透鏡狀、扁豆狀,產狀平緩,從盆地外圍向中心傾斜。矽藻種類屬於淡水類型,如線形藻、中國小環藻、冰島線形藻等。此外,在廣東雷州半島發現了壹個半鹹水矽藻土礦床,表明除淡水湖相沈積外,還有沼澤相和深湖相沈積類型。

根據二氧化矽來源的不同,可分為兩個亞類。壹種是火山矽藻土礦床,另壹種是陸源沈積矽藻土礦床。①火山矽藻礦床,其中SiO2 _ 2主要來源於火山,矽藻形成於玄武質火山噴發間歇期的湖盆中,以夾在含礦巖系中的玄武巖層為特征。中國東部的壹系列礦床,如吉林的長白、敦化,山東的臨朐,浙江的嵊縣,都屬於這個亞綱。(2)陸源沈積矽藻土礦床,二氧化矽主要由巖石風化、分解和搬運提供。礦床含礦巖系中無玄武巖層,但其周圍常有早期玄武巖層,為SiO2的物源巖。比如雲南尋甸、四川米易的矽藻土礦床。

根據礦物成分含量的不同,礦石可分為以下三種:①矽藻土:矽藻含量大於90%,粘土礦物含量小於5%,礦物碎屑約為1%,屬於優質礦石。②含粘土的矽藻土:矽藻含量75% ~ 90%,粘土礦物5% ~ 25%,礦物碎屑2%左右。礦石質量很差。③矽藻粘土:矽藻含量30% ~ 40%,粘土礦物含量50%以上,礦物碎屑3% ~ 10%。該類型是矽藻土和粘土之間的過渡類型,經選礦後可用於工業。

表2-49-4中國矽藻土礦分布壹覽表

動詞 (verb的縮寫)礦藏分布

我國矽藻土礦床分布廣泛,僅次於美國,已查明資源儲量的省區有11個,主要分布在華東和雲南、四川,其中吉林、雲南的礦床最多,資源儲量最豐富,其次是浙江、河北、廣東、四川、內蒙古、福建、黑龍江、江西、山東。在遼寧、陜西、山西、河南、海南、湖南、貴州也有分布(圖2-49-1)。

圖2-49-1中國矽藻土礦床分布示意圖

矽藻土礦床的成礦時間分布非常有限。矽藻最古老的記錄只有早侏羅世,但具有工業意義的大型礦床僅限於古近紀和新近紀。矽藻土礦床在空間上分布廣泛,除了寒冷的南極洲,各大洲都有矽藻土礦床。矽藻種類較多,約12000 ~ 16000種。矽藻幾乎分布在各種水域。現有的矽藻可以在海藻上生長形成凝膠狀的薄膜,也可以附著在某些物種的腹部。它們可以生活在海水、濕土和溫泉中的浮冰上,因此可以在非常廣闊的空間內積累和礦化。

中國主要的矽藻土礦床集中在中新世至更新世,其中以中新世為主。雲南尋甸和吉林長白的大型矽藻土礦床屬於中新世。礦床分布受新生代斷陷盆地控制。

不及物動詞可利用的資源

中國已探明矽藻土礦51處,資源儲量42.16×108t。其中大型礦床30處(資源儲量大於等於1 000×104t) 30 004t),中型礦床15t(資源儲量(200 ~ 1 000t) × 15t),小型礦床6處。

中國30個大型礦床探明資源儲量為41.40×108t,占98.19%。其中吉林長白西大坡礦規模最大,詳查區和外圍調查區總資源儲量為15.87×108t;其次是雲南尋甸先鋒礦,資源儲量為7.67×108t。資源保障程度高。