国产硅藻土助滤剂理化性能的研究

孟建平 范瑾初 谢燕菊 高乃云
同济大学

　　摘要:研究了我国三大矿区(云南、长白山和浙江嵊县)硅藻原土和产品的化学成份和包括比表面积、真密度、视密度、孔隙率和颗粒粒径分布等物理特性。同时，对部分硅藻土扫描电镜摄像测定硅藻土孔径和生物显微镜镜鉴计数确定硅藻种群的组分。

引言

　　对硅藻土资源的认识和应用始于十九世纪，自从1886年德国海德尔(Heddle)等人获得了用硅藻土作为过滤介质以来，经100多年的发展，用硅藻土加工的产品多达500多种，它广泛应用于水处理、食品、酿造、饮料、制糖、油类加工、染料、农药、合成橡胶、塑料、化工合成、炸药等领域。全世界每年耗用硅藻土高达160万我国是硅藻土富产国之一，自1935年中国首次发现硅藻土矿以来，已有吉林(长白、华甸、海龙和抚松)、浙扛(嵊县)、云南(寻甸)、四川(米易)、湖北(随县)、山东(临朐)、安微(芜湖)、黑龙江、河北、江西、广东和西藏自治区等13个省区发现矿产地近50处，迄今全国已探明的储量1.3亿t。由于我国硅藻土资源的开发研究较落后，不仅产量小而且水平低，五十年代主要用于生产保温材料、轻质砖，尔后又用于硫酸工业作矾沼媒载体，近年来又开发用于饮料、酿酒业的助滤剂。由于没有足够的硅藻土利用领域，硅藻土资源无法得到合理利用重，如用硅藻土制砖等。
　　为了推广应用硅藻土和合理利用其自然资源，我们对硅藻土过滤技术进行历时三年的全面研究，为便于设计、运行管理人员选用滤料，并研究了国产硅藻土助滤剂理化性能。

2 概述

　　硅藻基本上是水生的，也有部分在湿地上生长，根据水域环境的划分方法及水中含盐量的不同，可分为海水、半咸水和淡水等三大类，我国大多数为淡水型。硅藻种类繁多，分布极广。硅藻的细胞壁除含有果胶质外，并含有大量的硅质，高度硅质化的细胞壁构成坚硬的壳体。
　　古代硅藻遗骸，经过千万年的成岩作用形成了一种多孔性疏松的土状化石——硅藻土。硅藻土是硅藻的细胞壁化石形式的躯壳，以无定形二氧化硅为主要成份，还含有一些铁、铝、钙、镁等金属氧化物。硅藻土中的二氧化硅是由生物作用从水中吸收而累积在硅藻细胞壁内，然后经成岩过程形成的。因硅藻土是一种非晶态的无定形物质，所以它没有固定的熔点，当温度达到一定范围时开始熔融。

3 硅藻土的硅藻种属门类鉴别

　　中国硅藻土矿床主要是陆相，我国按硅藻±成因划分成十一大矿区，我们收集了其中三大矿区即浙江嵊县、云南腾冲和吉林长白山的主要矿样。
3.1 腾冲硅藻

　　腾冲硅藻土中的硅藻植物群，优势种为直链藻(Melosira)和圆筛藻(Coscinodiscus)，常见种为脆杆藻(Fragilaria)和针杆藻(Synldrn)，另有异端藻、舟形藻、冠盘藻、明盘藻、辐环藻、四环藻、短峰藻、卵形藻、曲壳藻、桥弯藻、菱形藻和窗纹藻等17属的37种，绝大部分属中心网、淡水网。硅藻在矿土中占(体积比)25—70％，一般为40—50％。表1为腾冲先锋矿硅藻土提纯晶的种属构成。图1、图2为腾冲先锋矿样电镜照片。

3.2 浙江嵊县硅藻土矿
　　选用经过气浮提纯过的精土，因而土样中杂质极少，完整的硅藻占极大部分，硅藻属中心网的颗粒直链藻、冰岛直链藻、意大利直链藻、模糊直链藻、颗粒直链藻最窄变种等组成。用血球计数板镜鉴计数，七次计数平均值见表2。图3、图4为嵊县矿土颗粒直链藻电镜照片。

3.3 吉林长白山县马鞍山硅藻土矿
　　吉林省长白山县马鞍山硅藻土矿是品位较高的矿藏之一。硅藻土含二氧化硅量达90％，硅藻主要为圆筛藻、小环藻，约占体积的90％，其次为直链藻，另外还有一些辐环藻、半盘藻独球藻以及少量杂质。图5为圆筛藻电镜照片。

4 硅藻土助滤剂物理化学特性

　　不同和矿土的地区不同而不同，基本上与二氧化硅真密度一致，约在2.o～2.58／cm3范围内。研究结果表明：除嵊县原土(比重为1.95g／cm³)以外，其余的硅藻土产品的真密度大多在2.20～2.30g／cm³之间，经煅烧或助熔煅烧后的产品因有机物及一些无机灰分被烧去，其真密度较原土有所提高，但相互间变化不大。
　　视密度(即堆密度)：各产品的视密度相差很大，煅烧和助熔煅烧的产品也不完全一致。由于煅烧时可能使部分微孔被煅烧熔融破坏，所以视密度较原土有明显提高，助熔煅烧的熔融程度较煅烧的熔融程度要大些，所以助熔煅烧产品的视密度在产品中最大。
4.2 孔隙率

　　藻土是一种多孔性物质，孔隙率>75％，即3／4以上的部分是孔隙，因而它是一种天然的良好滤料。硅藻土产品的孔隙率与视密度的变化成反比，孔隙率变化的主要原因也是由于煅烧和助熔煅烧使硅藻土部分熔融而堵塞了部分孔洞。表3为国产硅藻土助滤剂的物理性能。
4.3 粒度分布
　　测定结果表明，嵊县原土的颗粒分布比较集中，约67％粒径在3.43-8.34μm范围之间；宁波硅藻土产品颗粒粒径比较分散；腾冲硅藻土除了两种较粗的产品粒径(Mh-1粗、Mm-2粗)分布较分散外，其余比较集中，这与产品的加工工艺有关，粒径集中的产品是不加助熔剂的煅烧产品。测定结果表明12种矿土和产品的平均颗粒粒径(μm)为：DEl01为14.66，DE201为17.66，DE203为15.71，DE40l为20.57，嵊县原土为7.709，DE821为8.998，腾冲产品为lL 08，Mh—l粗为25.66，Mh一1细为6.77.Mm一2粗为24.8l，Mm一1细为7.95；

4.4比表面积
　　硅藻土的比表面积通常在20一80m／s之间。对9种硅藻土助滤剂的比表面积测定结果(见表4)表明，硅藻土的比表面积在l0～30m²／8之间，比资料报导的要小得多，这可能与硅藻土的样品来源有关。
4.5硅藻土助滤剂的化学成分
　　表5示国产10种硅藻土矿、硅藻土助滤剂和进口的三种产品化学成分。化验分析结果显示，国产硅藻土中二氧化硅的含量在77～89％之间，其次含量最高的是Al₂O₃在4～11％之间，Fe₂O₃含量较少在0.59～5.82％之间，还含有一些CaO.MgO₃

4.6硅藻土加工对理化性能的影响
　　硅藻土经过煅烧后，一部分物质被烧失，二氧化硅含量明量提高。
　　煅烧使硅藻土一些微孔被熔合，表面被熔化而变得圆滑。如电镜照片图3硅藻土轮廓清晰、外形完整，图4大部分微孔被熔合。助熔煅烧是获得大粒径助滤剂的一种有效方法。经助熔煅烧加工后，硅藻土细粒被烧结在一起，使其粒径比原土的粒径大1～l0倍。助熔煅烧产品必须经粉碎分筛，以取得粒度一致的助滤剂。

5 参考文献

1.我国陆相硅藻土的分布及基本特征，《科学通报》，地质部海洋地质研究所.
2.我国硅藻土工业现状和发展对策，中国非金属矿工业公司.
3.吉林省硅藻土资潭、工业现状及发展意见，吉林省建材局.
4.硅藻土过滤技术在自酒生产中的应用，《醇酒》88.5吉林市江城酒厂.

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作者通讯处：200092　 上海同济大学环境工程学院