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矿物简介
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩,它主要由古代硅藻的遗骸所组成。其化学成分以SiO2为主,可用SiO2·nH2O表示,矿物成分为蛋白石及其变种。
硅藻土中的SiO2,在结构、成分上与其他矿物和岩石中的SiO2不同,它是有机成因的无定形蛋白石矿物,通常称为硅藻质氧化硅(Diatomite silica)。硅藻土除含水和SiO2外,还含有少量Fe、Al、Ca、Mg、K、Na等杂质,矿物组成除硅藻外,常伴生有各种粘土及石英、白云石等。
硅藻土中的硅藻,按其硅藻壳壁的形状和结构可分为两大类:辐射硅藻类和羽纹硅藻类。辐射硅藻类硅藻土,发现于自侏罗纪到现代的沉积物中。硅藻有圆形、椭圆形、及三角形藻瓣。结构呈放射状,同心状排列,无缝。羽纹硅藻类硅藻土出现于渐新世到现代的沉积物中,形状较复杂,有披针形、线性、S形等。
纯净的硅藻土,一般呈白色,常因含铁的氧化物或有机质,被污染成灰白、浅黄、灰至黑色。条痕为白色,土状光泽、无解理、质轻、多孔、易碎成土状,但硅藻微粒的硬度可达4.5~5。硅藻土的密度视杂质含量而变,一般纯净干燥的土块密度为0.4~0.5g/cm3。熔点1400~1650℃,除氢氟酸外不溶于其他酸类,但易溶于碱。硅藻土的孔隙率大,能吸附自身重量1.5~ 4.0倍的水。硅藻土的特殊孔隙结构表现在四个方面:即堆密度0.2~0.6 g/cm3;孔体积0.4~1.4 cm3/g;比表面积19~65m2/g;孔半径500~8000×10-10m。
根据矿石中粘土等杂质含量的不同,硅藻土可分为硅藻土、含粘土硅藻土、粘土质硅藻土和硅藻粘土等类型。其中,硅藻土为主要矿石类型,白-灰白色及灰绿色,质轻,细腻,多孔隙,具生物结构。各类硅藻含量大于90%,粘土含量小于5%,矿物碎屑1%左右;含粘土硅藻土为较主要矿石类型,硅藻含量大于75%,粘土含量5%-25%,矿物碎屑2%左右,其它特征与硅藻土相同;粘土质硅藻土,硅藻含量50%-70%,粘土矿物含量25%-30%,矿物碎屑5%左右,灰黄-灰绿色,较致密,粘结性强;硅藻粘土,灰黄-灰绿色,较致密,粘结性强,硅藻含量30%-40%,粘土含量5%,矿物碎屑3%-10%左右。硅藻粘土多为硅藻土与粘土之间的过渡类型。
硅藻土特殊的结构构造,使其具有诸多特殊的技术和物理性能,主要包括大孔隙度、强的吸附性、质轻、隔音、耐热、耐磨和碱反应活性等。
中国硅藻土资源比较丰富,在许多省、自治区都有发现,主要分布于东部和西南地区,其中以山东临朐、浙江嵊县、吉林长白、云南寻甸、四川攀西等矿床最为著名(图1-3)。硅藻土矿床的形成时代多为新生代第三纪中、上新世或更新世,这与世界上大多数硅藻土矿床形成的时代特点相同。由于这一时期的基性火山活动频繁,断裂活动强烈,形成许多断陷盆地,常常在玄武岩喷溢的间歇,形成对硅藻土沉积极为有利的环境。
全国已发现的硅藻土矿床(点)共40余处,已开发的有13处。除浙江、吉林、云南和四川等地外,广东等地也发现了不少有前景的矿床。
性质结构
硅藻土(Diatomite)是一种生物成因的硅质沉积岩,主要由古代硅藻遗骸组成,其化学成分主要是SiO2,含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质。SiO2通常占80%以上,最高可达94%。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%。
硅藻土的矿物成分主要是蛋白石及其变种,其次是粘土矿物—水云母、高岭石和矿物碎屑。矿物碎屑有石英、长石、黑云母及有机质等。有机物含量从微量到30%以上。
硅藻土的颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等,有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和滲透性强的特性。
硅藻土中的硅藻有许多不同的形状,如圆盘状、针状、筒状、小环状、羽状等。松散密度为0.3~0.5g/cm3,莫氏硬度为1~1.5(硅藻骨骼微粒为4.5~5mm),孔隙率达80~90%,能吸收其本身重量1.5~4倍的水,是热、电、声的不良导体,熔点1650~1750°C,化学稳定性高,除溶于氢氟酸以外,不溶于任何强酸,但能溶于强碱溶液中。
硅藻土的二氧化硅多数是非晶体,碱中可溶性硅酸含量为50~80%。非晶型二氧化硅加入到800~1000°C时变为晶质二氧化硅,碱中可溶性硅酸可减少到20~30%。
根据矿石中各种矿物含量的不同,硅藻土矿可分为硅藻土、含粘土硅藻土、粘土质硅藻土、硅藻粘土等几种矿石。
硅藻土为主要矿石类型。白—灰白色及灰绿黄色,质轻,细腻,多孔隙,疏松,具生物结构,块状构造及微细层理构造。不同形状硅藻含量大于90%,粘土含量小于5%,矿物碎屑1%左右。矿石密度1.25~1.29 g/cm3, 干体松散密度为0.5~0.6g/cm3。
含粘土硅藻土为较主要矿石类型。硅藻含量大于75%,粘土含量5~25%,矿物碎屑2%左右。干体松散密度为0.56~0.63g/cm3。其它特征与上述硅藻土相同。
粘土质硅藻土,灰白—灰黄色,较致密,粘性较强,具块层状及微层状构造。硅藻含量50~70%,粘土矿物25~30%,矿物碎屑5%左右。干体松散密度为0.58~0.65g/cm3。
硅藻粘土,灰黄—灰绿色,较致密,粘结性强,具块层状及微层状构造,硅藻含量30~40%,粘土矿物5%,矿物碎屑3~10%左右。这种矿石常具波状斜层理,多为硅藻土与粘土之间的过渡类型。
用途作用
由于硅藻土具有孔隙度大、吸附性强、容重小、熔点高、隔热吸音、化学性能稳定等工艺特性,所以被广泛应用于轻工、化工、建材、环保、农药和化肥等许多领域。
硅藻土在工业过滤领域,可被用来加工成助滤剂用于啤酒、饮料、油脂、化学试剂、药品和水体的过滤;在填充材料领域,硅藻土可用作油漆、涂料、塑料、橡胶和改性沥青的填充剂,改善填充制品的性能;在建材工业领域,硅藻土被用来生产保温板、保温砖、保温管和微孔硅酸钙板保温隔热制品;在环保领域,硅藻土被用来处理工业废水和生活污水;在石油化工领域,硅藻土可作为氢化过程的镍催化剂、生产硫酸中的钒催化剂的载体。可利用其碱反应活性制取白炭黑;在化肥和农药领域,硅藻土是较理想的载体和防结块剂;硅藻土还作为加工精细磨料、抛光剂、清洗剂、气相色谱载体、洗涤剂、化妆品和炸药密度调节剂等产品的原材料。
由于硅藻土特殊的结构构造,使其具有许多特殊的技术和物理性能,如大的孔隙度,较强的吸附性,质轻、隔音、耐磨、耐热并有一定的强度,可用来生产助滤剂、吸附剂、催化剂载体、功能填料、磨料、水处理剂、沥青改性剂(填料)等,广泛应用于轻工、食品、化工、建材、石油、医药、高等级公路建设等领域。表1为硅藻土的主要用途和质量要求。
表1 硅藻土的主要用途和质量要求
应用领域 |
主要用途 |
技术要求 |
工业过滤 |
生产助滤剂用于啤酒、饮料、炼油、油脂、化学试剂、药品、水等液体的过滤 |
要求非晶质SiO2的含量大于80%,有适当的粒级和形态特征,有害微量元素含量不应超过规定标准 |
填料和颜料 |
油漆、涂料、橡胶、塑料、改性沥青(高等级公路路面材料)等 |
原矿硅藻含量较高或经过选矿提纯的硅藻精土 |
保温隔热和轻质建材 |
轻质保温板、保温砖、保温管、微孔硅酸钙板等 |
要求非晶质SiO2的含量大于55%,其它杂质不起决定性作用 |
环保 |
工业废水和生活污水的处理、水体净化 |
要求非晶质二氧化硅含量高、粘土及石英、长石和其它矿物碎屑少的硅藻精土 |
石油化工 |
氢化过程中镍催化剂、生产硫酸中的钒催化剂及石油磷酸催化剂等的载体、制备白炭黑 |
比表面积和孔隙体积越大越好 |
化肥、农药 |
化肥、农药的载体和防结块剂 |
比表面积和孔隙体积越大越好 |
其它 |
精细磨料、抛光剂、清洗剂、气相色谱载体、清洗剂、化妆品、炸药密度调节剂等 |
要求非晶质二氧化硅含量高、粘土及石英、长石和其它矿物碎屑少的硅藻精土 |
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