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| 我国硅藻土产品的发展前景及加工技术研究方向 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-08-01 10:23:37 浏览次数： |
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一、硅藻土产品的发展前景
硅藻土是一种质轻、多孔且孔隙呈有规律分布、孔径介于十几纳米至数百纳米、比表面积较大、化学性质稳定的天然硅质矿物材料，具有选择性吸附和微过滤、隔热、隔音、耐磨、耐腐蚀和耐候性等物理性能或功能。这些性能或功能涉及食品安全、节能、环保、健康以及生物化工等领域，因此，硅藻土及其制品具有良好的应用前景。
1. 硅藻土具有独特的孔结构和稳定的化学性质，是目前使用最为成功的助滤剂及吸附剂。
中国人口众多，饮品市场容量大，随着对饮品质量标准的不断提高和产量的不断增加，对硅藻土类助滤剂和吸附剂的需求量也将不断增加。此外，硅藻土的吸附和微过滤功能还用于液态生化制剂和药剂的选择性过滤和分离，伴随现代生化、医药产业的发展，具有良好的发展前景。
2. 硅藻土的无定形硅质成分、轻质、隔热等特性，使其成为生产保温、节能材料的优选原料之一。
硅藻土隔热制品是优良的保温节能材料，广泛应用于热力管道、热工设备、化工设备、建筑物等的保温。伴随国家和社会对节能支持力度和需求的不断增加，对隔热保温材料的需求量将持续增长。同时，硅藻土的多孔和独特的孔结构特性还可以用于吸附、固定固液相变材料，从而制备出相变稳定性好的相变调温储能复合材料。因此，硅藻土隔热保温和调
温储能材料具有良好的需求前景。
3. 硅藻颗粒的独特孔结构特性与较大的比表面积、良好的热稳定性和耐酸性及表面大量的自由羟基和缔合羟基，是良好的天然吸附和催化剂载体材料，而且使用过程和使用后对环境友好。
研究表明，在硅藻精土表面负载纳米ＴｉＯ２制备的复合材料，具有吸附与光催化两种功能。
经过提纯、复合或负载催化剂后的硅藻土环境治理材料可以广泛用于工业污水、生活废水以及室内空气的净化。在当今中国经济快速发展、民众生活水平不断提高、建设环境友好型社会列为基本国策的大背景下，硅藻土环境治理材料有广阔的应用前景。
4. 硅藻泥、硅藻壁材或硅藻涂料是充分利用硅藻土天然禀赋的典型健康环保材料，
它利用硅藻土的大孔体积在潮湿环境下吸附水分子，在干燥环境下释放水分子，从而调节室内湿度，被称之为“可呼吸涂料”；同时，由于硅藻土独特的孔结构特性，硅藻壁材还可以吸附室内的有机污染物，如甲醛、甲苯、苯等；如果将硅藻土负载纳米ＴｉＯ２复合材料应用于内墙材料，还可以高效持续地光催化降解甲醛、甲苯、苯等有机污染物。因此，以硅藻土为主要组分的内墙装饰复合材料适应了人类对室内环境健康环保的需求，具有良好的发展前景。
5. 硅藻土的硅质成分和多孔结构，使其用作铺路沥青的填料能显著提高路面的耐老化、耐高温和低温、耐磨等性能，同时，还可以减少车辆行驶时的噪声，降低改性沥青的成本，具有良好的市场前景。
6. 粮食安全是中国面临的重大问题之一。据研究，硅藻土杀虫剂防虫杀虫效果好、防护期长、对哺乳动物无毒、不污染环境，在储粮害虫防治领域应用前景较好。
二、 硅藻土加工技术的发展趋势
硅藻土是一种储量有限和不可再生、对人类社会可持续发展不可或缺的重要矿产资源，而且人类迄今还不能合成硅藻结构材料，因此，在加工利用中必须珍惜这种宝贵资源。所谓珍惜，一是要充分利用其天然禀赋，将其用到最能发挥其天然禀赋的领域；二是要通过采用现代高新技术提升或优化其天然禀赋，使其为人类社会发挥更大的作用；三是采用先进选矿技术充分利用低品位硅藻土资源，这一点对于中国这样一个低品位硅藻土资源占绝对多数的人口大国来说尤其重要。鉴于此，硅藻土加工利用的发展趋势是综合利用高、中、低品位硅藻土资源；充分利用硅藻土的独特物理化学和孔结构特性，开发健康、环保、节能功能的硅藻土制品或硅藻矿物材料，如饮料、食品及生物制品过滤净化材料、废水处理与室内空气净化材料、室内调湿和调温功能材料。
（１）中、低品位硅藻土资源的高效综合利用是中国硅藻土产业可持续发展的必由之路。
中国硅藻土储量虽然居世界第二位，但储量和质量与美国差距很大。美国内华达地区７０％以上硅藻土为优质硅藻土，中国硅藻土资源质量最好的吉林长白山地区，优质硅藻土的比例也仅有３０％左右，而且３０多年来，由于只采优质一级硅藻土资源，大量的二级或三级硅藻土资源被浪费；另一方面，我国云南（除腾冲县的少量资源外）、浙江、内蒙古等地的硅藻土资源基本上属于低品位资源，含有大量黏土、砂质和碎屑等杂质，不能直接用来生产助滤剂、吸附剂、功能填料等高性能和高附加值硅藻制品或材料。因此，中、低品位硅藻土资源的高效综合利用是中国硅藻土产业可持续发展的必由之路。
低品位硅藻土矿利用的难点在于硅藻颗粒与黏土矿粒的分离和分选。黏土矿嵌布粒度微细分布于硅藻颗粒之间而且存在于硅藻颗粒孔道中，难以解离和分选。硅藻土选矿技术的另一个特点是要尽可能减少硅藻结构的破坏，因为完整的硅藻结构对于其应用性能非常重要。因此，一般在选矿过程中尽量不采用磨矿方式以避免对硅藻结构的破坏。
为了解决我国优质硅藻土资源不足的问题，国家“十二五”科技支撑计划重点项目专门设置了“低品位硅藻土资源高效利用与深加工关键技术研究（２０１１ＢＡＢ０３Ｂ０７）”课题，目标之一是“攻克制约低品位硅藻土物理选矿产业发展的关键技术———湿法高效连续分选技术与装备，为低品位硅藻土矿的大规模高效选矿生产线的建设和发展提供关键技术支撑”。主要攻克以下４个关键技术：①硅藻土与黏土矿物的解离与分散技术；②硅藻土与黏土矿物的连续层流离心沉降分选技术与装备及分选工艺优化和智能控制技术；③选矿尾矿的处理和综合利用技术；④年产１２ ０００ｔ硅藻精土的选矿示范生产线建设。图５所示为项目中试所得硅藻精土的ＳＥＭ 检测结果。预计，该课题完成后对我国硅藻土资源的利用和硅藻土产业的持续发展具有重要支撑作用和重大战略意义。
（２）充分利用硅藻土的特性，发展最能发挥其天然禀赋的材料或制品。
硅藻土最突出的特性是其颗粒中有规律分布和贯通纳米孔道的硅质多孔结构。目前还没有发现具有这一结构特点的其他天然矿物。因此，硅藻土资源加工利用的一个重要发展趋势是充分利用其特性，发展能最大限度发挥或挖掘其天然禀赋的材料或制品，如饮料、饮水、啤酒、生物医药制剂的吸附过滤材料，工业废水和生活污水处理材料，健康环保（调湿和净化室内空气）内墙装饰材料，保温隔热与隔音材料，催化剂载体等等。
助滤剂是硅藻土的传统加工产品，也是国内外用量最大的硅藻土制品，未来仍将是硅藻土产业的主要发展领域之一。硅藻土助滤剂主要是以优质硅藻土为原料，采用干燥、煅烧或熔剂煅烧技术生产。其发展趋势是：①采用现代信息和控制技术优化生产工艺，稳定产品质量，降低能耗和生产成本；②发展高性能助滤剂以及现代生物医药制剂选择性微过滤产品。
工业废水和生活污水处理材料是硅藻土最有发展前景的领域之一。硅藻土水处理材料主要用优质硅藻土或提纯精土为原料采用表（界）面改性与复合技术和（或）造粒技术等加工而成。其主要趋势是发展多功能材料，即不仅能吸附污染物质而且能分解或降解污染物（持续或永久除去污染物），而且方便回收和重复使用、使用过程和使用后对环境友好的高性能工业废水和生活污水处理材料。硅藻泥、硅藻壁材、硅藻涂料等是近十多年来发展的一种健康环保内墙装饰材料，这种材料最早的功能是利用硅藻土良好的吸湿和放湿功能调节室内的湿度，即在潮湿时节吸附水分，干燥时节放出水分，因此被誉称为“可呼吸涂料”。同时，硅藻土还对室内的气态污染物，如甲醛、甲苯等具有吸附功能。但就硅藻土本身的特性来说，存在吸附饱和点，饱和以后就会脱附，即将吸附的有害气体放回空气中。吸入水分和吐出水分是人类所希望的调湿功能，但吸附的甲醛、甲苯等有害气体再释放则是人们所不希望的。因此，未来的发展趋势是在调湿功能基础上可以高效和可持续降解室内甲醛、苯、甲苯等有机污染物。
轻质保温隔热材料是当前我国硅藻土的主要制品之一，但大多是用硅藻含量较低的硅藻土矿烧制而成，技术含量和产品附加值较低。未来的发展趋势：①改进和优化轻质保温隔热材料的配方、成型和烧制工艺，提高其性能和附加值；②负载复合相变材料，发展调温蓄能型节能新材料；③发展具有调湿、绝热、抗菌、吸附等功能的硅藻土多孔陶瓷材料。
催化剂载体用的硅藻土产品虽然用量目前不是很大，但其附加值较高。这种产品选用优质硅藻土矿为原料，集成采用选矿、复配改性、负载、成型／造粒等技术加工而成。未来的发展趋势是优化其孔结构和孔径分布以提高硅藻土载体的比表面积；同时发展高效低耗的成型／造粒技术和表面活性组分可控负载技术。
（３）采用现代高新技术提升或优化硅藻矿物材料的天然禀赋或功能。
生物遗骸在长期地质作用下形成硅质硅藻颗粒的过程中共生了大量的黏土矿物，部分胶体范围的黏土颗粒赋存于硅藻颗粒的孔道内淤塞硅藻颗粒的孔道，从而影响硅藻土天然禀赋的发挥。目前采用的物理选矿方法很难分离除去这些孔道内淤塞的黏土，只有化学方法（酸处理）方可溶出。但是酸处理带来环境污染问题。因此，研发高效分离硅藻孔道中淤塞的黏土杂质，疏通硅藻中孔道的方法将是未来硅藻土加工利用技术的发展趋势之一。
在硅藻土良好吸附性能的基础上，负载纳米ＴｉＯ２等光催化组分，使其不仅具有吸附甲醛、甲苯、苯酚等有机污染物的功能，而且具有光催化降解这些有机污染物的功能。以室内硅藻涂料为例，在没有负载纳米ＴｉＯ２等光催化组分之前，硅藻土可以吸附室内的甲醛，但是，它只能将甲醛吸附在硅藻颗粒的孔道中，不能将其分解成无害物质。这样，随着室内甲醛的不断产生，吸附逐渐达到饱和，之后，不仅不能继续吸附甲醛，而且在环境温度、湿度等条件的变化下，吸附的部分甲醛将会释放回到空气中。而在硅藻颗粒表面负载了纳米ＴｉＯ２光催化组分之后，在阳光和灯光的照射下，吸附的甲醛被纳米ＴｉＯ２光催化反应降解为二氧化碳和水，这样，材料可以继续吸附捕捉甲醛。如果将吸附比做生命体的胃的话，纳米ＴｉＯ２光催化组分就是其消化功能。吃到胃里的食物经消化后可以继续进食。不仅如此，研究表明，硅藻土表面负载ＴｉＯ２不仅可以赋予其光催化降解有机污染物的功能，而且可以优化其孔结构，形成更多的中孔和显著提高其比表面积，进而提高其吸附性能。因此，硅藻土表面负载纳米ＴｉＯ２等光催化组分后的复合材料可以显著提升硅藻土的环保功能。
中国在纳米ＴｉＯ２／硅藻土复合材料的制备和应用技术近几年取得了显著进展：２００６
年完成实验室研究；２００９年完成年产１２０ｔ中试纳米ＴｉＯ２／硅藻土复合材料中试生产线建设生产；２０１３年１０月投产的年产１０００ｔ纳米ＴｉＯ２／硅藻土复合材料产业化示范线建设得到国家“十二五”国家科技支撑重点项目课题“低品位硅藻土资源高效利用与深加工关键技术研究”和２０１２年国家发改委“产业振兴和技术改造项目”中央预算内投资计划的立项支持。在该材料制备技术方面，目前已获得或申请了多项国家发明专利，发表了多篇学术和技术论文。图６所示为纳米ＴｉＯ２／硅藻土复合材料的形貌（ＳＥＭ 和ＴＥＭ 图）。未来的发展趋势是进一步优化制备工艺，通过金属和／或非金属掺杂等方法提高对可见光的利用率，同时，加快材料的应用技术研究和标准化建设。
（4）基于硅藻土独特的孔结构特性和化学稳定性，以硅藻土为吸附材料负载固液相变材料制备相变储能复合材料是近年来提升硅藻土功能的另一个重要的创新方向。
相变储能材料是一种能自然感知环境温度变化并通过“相”态变化来自动进行封闭区域环境温度调节以达到调温、恒温目的的新型节能材料。但固液相变材料要有一种载体来容纳，使其发生“相”态变化，即由固相因吸热变为液相时，液体不渗出；由液相因放热变为固相时，有空间容纳其体积膨胀。因此相变储能材料基本上是一种负载型的复合相变材料。硅藻土的高比表面积、大孔体积可以提高相变材料的负载量，从而提高相变潜热。
硅藻土有规律分布的纳米孔结构特性可以更好地吸附固定相变材料分子，从而改善和提高复合相变材料的耐久性；加之硅藻土是一种储量丰富、容易开采和加工的天然硅质矿物，来源较广泛，生产成本较低。因此，硅藻土基相变复合储能材料有望显著提高相变复合材料的储热性、耐久性、经济性及实用性，促进相变材料的技术进步和产业发展，节约能源，具有良好的发展前景。
结论：
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，具有独特孔结构特性和非晶质二氧化硅成分，是一种与食品安全、人类健康环保、节能以及现代高技术新材料产业密切相关的矿产资源。
中国是目前世界上位居第二的硅藻土资源储量国和硅藻土产品生产国，但是，优质资源很少；采用先进选矿技术综合利用占绝大多数的低品位硅藻土资源是中国硅藻土产业可持续发展的必然需要，具有战略意义。充分利用硅藻土的天然特性，最大限度发挥或挖掘其天然禀赋的材料或制品是 硅藻土加工利用的一个主要趋势和方向。
采用现代高新技术提升或优化硅藻矿物材料的天然禀赋或功能，发展具有光催化降解功能的高性能环保材料、具有相变储能与调温功能的节能材料是硅藻土复合功能材料的重要趋势和方向，将显著提升硅藻土的应用价值和应用范围。
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