硅藻精土的应用

　(一)硅藻土的特点

　　硅藻土[Diatemite]是一种生物成因的含结晶水非晶体二氧化硅的蛋白石，主要由硅藻，(一种单细胞的水生藻类)遗骸和软泥固结而成的沉积矿，具有孔隙度高、比表面积大、吸附性强、质轻坚固、隔音、隔热、耐磨、耐酸和热传导性低等特性。广泛用于水处理、饮食、建材、化工、橡胶、石化、医药、冶金、油漆、化妆品、涂料、机械、能源等行列，可制水处理剂、公路路面沥青改性剂、助滤剂、填料、吸附剂、隔热材料、催化剂载体、色谱固定剂等，是近代工业不可缺少的材料，至今尚未获得令人满意的替换物质。

　　(二)国外硅藻土开发的情况

　　①硅藻土矿业在世界矿业中占的比例很小，约万分之一至万分之二。在一九七九年以后，硅藻土矿业增长不快，主要原因是：经济品质适合开发的硅藻土资源不多，产品受原矿土限制，即无需选矿就可以达到硅藻精土质量的矿山储量日益减少，需要选矿才能利用的低品质原矿土的利用越来越迫切，低品位原土优选为高品质精土的选矿工艺成为世界各国急需迫切解决的攻关课题，但至今难于解决，不能适应需求量越来越大的硅藻精土的来源，从而使硅藻土工业的发展受原材料的制约而难于较快发展。

　　②由于硅藻土矿业不大，因此研究硅藻土矿业的人很少，硅藻土矿的开发，特别是低品位矿的开发，由于缺少实际经验和理论指导进展不快。

　　③硅藻土原矿的物理性质，化学成分和极其复杂的共生杂质，因矿山不同而差异很大，这又增加了开发的困难。

　　④总的来说，世界硅藻土矿业增长不快的主要原因，不是需求的减退，而是高品质原矿土的供应因上述原因而产生困难。

　　(三)我国硅藻土开发的情况

　　①我国对硅藻土开发仅处于起步阶段，不论在基础理论研究还是在应用研究方面都远远不足，与硅藻土应用研究发达的国家相比，仅仅只是一个萌芽。

　　②我国有的权威部门和科研单位，由于缺乏硅藻土基础知识的了解，又无实践经验，多次发生误导，甚至将其它矿种，当作硅藻土进行开发的情况，浪费大量的人力和财力。

　　③我国忽视硅藻土基础理论研究和对国外资料、信息交流，致使研究工作长期停留在低水平，从而对一些较深的基础理论研究和较高层次的产品开发，研制成果几乎等于零。

　　④我国对硅藻土的研究起步较晚，专业人才非常缺乏，为此有一些根本不懂硅藻土知识的学者，发表文章，组织研讨会，结果使已出现的科技成果被压抑，而纯理论甚至是谬误的技术在大量发表，至使我国硅藻土开发进退徘徊。

　　⑤我国高档次硅藻土产品外销几乎等于零，并且不能摆脱目前仍依靠进口硅藻土成品的局面。

　　⑥硅藻土工业的开发，对于储量丰富的我国，是迫在眉睫的重大课题，但我国的硅藻土资源，绝大多数均属中、低品位，为此，中国硅藻土开发的战略问题是解决优选工艺，只有研制经济、适用、可行的中低品位原土优选为高品质精土的选矿工艺，我国的硅藻土工业才能迅速发展，否则将继续停留在目前现状上。

　　(四)我国硅藻土资源情况

　　通过30余年来的努力，我国在硅藻土资源调查方面，做了一些工作，就目前已知的资料来看，我国硅藻土矿的形成分布具有以下几个特点：

　　①我国硅藻土矿主要分布在云南省中部和西南地区，东北部吉林省和内蒙古以及我国东部浙江省嵊州市地区、四川省攀西地区;

　　②我国硅藻土矿的形成时期从中新世开始一直延续到全新世，中新世形成的硅藻土矿规模一般都较大;

　　③我国的硅藻土矿大部分属非海相沉积，其中以淡水湖泊相沉积为主;

　　④我国许多地区的硅藻土矿的形成和分布都与新生代以来火山活动(玄武岩)有密切联系;

　　⑤我国硅藻土矿绝大多数属中、低品位，必须经过选矿才能用于硅藻土系列产品的原料。

　　我国14个省，勘明了七十余座硅藻土矿，以吉林、浙江和云南形成三角鼎立形势。东部沿海、西部新疆、北部黑龙江、南部广东、海南，中部内蒙、河北、山东、四川等均储藏着大量硅藻土，除吉林长白马鞍山矿品质较好外，全国原土均属中、低品位。

　　(五)纯物理湿法选矿工艺

　　至今，在科学技术发达的国外，硅藻土选矿也仅能使用化学方法(即酸洗法)去除杂质，此种选矿方法不但成本高，投资大、设备复杂、管理严格，而且至命的缺点是不能去除晶体二氧化硅杂质，隋晶体二氧化硅杂质含量的多少而获得不同品质的精土，难于适应硅藻土的需求。我国在研究“植物静电位”的基础上，用静电原理优选出优质的硅藻精土，在世界上率先发明“超低品位硅藻土纯物理选矿方法及设备”，经过试验室试验、中试到建成年产万吨硅藻精土的选矿厂，大批量工业生产实践证明了该工艺的可行性、可靠行、稳定性和适用性。创造了国内外超低品位原土优选为高品质精土的唯一记录，是世界硅藻土选矿史上前所未有的重大科技成果、重大发明，也是国外选矿文献上未曾记载并具有当代先进水平的“中草药”选矿工艺。

　　由于我国已前没有优质硅藻精土，故所以没有精土再加工应用的专业成品厂，硅藻土工业仍然得不到发展。我国又开始了用硅藻精土改性配制成水处理剂处理污水和用硅藻精土改性沥青的研制，并获得了成功。

　　在硅藻土选矿工艺的基础上，研制发明了“超细微粒静电分离选矿方法及其系统”，把高岭土等非金属矿，把锡尾矿、低品位氧化锌、氧化锰、氧化铜等有色金属矿富集为高品质精矿,该纯物理选矿工艺还能把贫铀矿富集为高品质富矿。

　　超低品位硅藻土纯物理选矿工艺

　　(一)工艺简介

　　该工艺是当今世界上唯一能用物理方法把中低品位硅藻原土优选为精土的工艺，与化学法即酸洗法比较，具有投资小、效益高、无污染、耗电少、用水可循环，成本低，回收率高，操作简便，适应性强，设备结构紧凑，能连续生产，分离效率高等特点。

　　(二)工艺要点

　　原矿土采集后按不同品级堆放。按干料计重定量投入特制低速擦洗机中加水变细为浓矿浆。再流入高速分散机加水稀释为低浓度矿浆，此时在除粗砂设备中除去粗砂。然后进入高速搅拌机，加入硅藻土选矿专用重磁水，在叶片高速旋转下矿浆产生静摩擦，利用三氧化二铁，三氧化二铝等原土中杂质微粒带负电，重磁水带正电而二氧化硅保持中性的原理，用内摩擦产生的高压静电使杂质处于不沉降状态。由二氧化硅组成的硅藻保持中性呈自由沉降状态的原理。用不同浓度进入粗选设备，精选设备，除去晶体二氧化硅和碎屑矿物。加水稀释，不沉降的粘土和杂质向外排出，硅藻自由沉降富集为硅藻饼，从而把超低品位硅藻原土中的硅藻犹选出来为高品质精土。本选矿工艺所采集的原土品位高低，仅影响到精土的回收率高低，而不影响精土质量。因在选矿工艺流程中，仅有硅藻才能富集为饼，其余杂质均分选出去。为此，所得精土，几乎由纯净的硅藻组成。

　　硅藻精土的应用

　　(一)硅藻精土处理剂处理污水的工艺

　　<1>技术原理

　　硅藻精土是由不导电的非晶体二氧化硅组成硅藻壳体和6-110钠米的超导硅藻纳米微孔使得硅藻表面形成不平衡电位。在污水处理时，硅藻精土处理剂被微量加入污水中，在高速搅拌，或抽吸污水的泵机叶片旋转下，硅藻表面的不平衡负电位能破坏污水中由负离子核形成的正电离子圈，并中和悬浮离子的带电性，导致胶体颗粒和胶团结构的ξ电位减小或为零，从而达到胶体颗粒脱离作用的目的，促使水中的污染物快速物理絮凝、沉淀。同时加上硅藻具有巨大的比表面积，巨大的孔体积和较强的吸附力,把超细微粒物质吸附到硅藻表面，形成链式结构，瞬间下沉与水体分离。在特制专用设备中，水体从由每克2.5亿个以上的硅藻形成的数公尺渣层中浸出，污水中悬浮物、重金属离子及细菌等被硅藻纳米微孔超滤去除，清水向上溢出。另外硅藻还具有自身脱水的功能，通过负压脱水机压榨脱水，沉渣成饼状装袋取走，可再生利用。

　　<2>工艺优势

　　该工艺不但具有各传统工艺的综合优点，同时弥补各处理工艺的不足，并且具有各传统工艺所做不到的，沉渣可彻底取走并回收使用的特殊优点。本工艺效果好、投资少、运行费低、占地小、自动化程度高、实用行强、无二次污染、重金属离子去除率高、不受气温影响、可建成园林景观等，可作为各类大、中、小型企业工业废水和特大型城市污水处理。优于国内外各传统工艺的具有国际先进水平的污水处理工艺。

　　(二) 硅藻精土改性沥青

　　在沥青路面材料中添加一定量的硅藻精土可制成具有佳附着强度和延长路面寿命的混合料。硅藻精土增加了沥青的流动阻力，并有效地使路面泛油形成车辙和挤浆现象减少到低程度。硅改沥青压制的路面具有良好的柔性磨擦作用，等同于橡胶路面，具有良好的防滑性和耐磨性。路面使用寿命至少为一般标准密积配比路面的二至三倍，此项技术已在云南省和其他地区高等级公路采用。

　　(三)用硅藻精土制成“木材”

　　硅藻精土经烘干后，具有吸水功能，按量投入特制管道，隋负压气流均匀向前。把特制树脂溶于水中，加热形成蒸气，加进管道。硅藻精土吸水的同时，把树脂同时吸至硅藻壳体表面。特制树脂在高温时没有粘结性，而在常温时才具有粘结性。表面带特制树脂的硅藻壳体在模具中加压成型，被特制树脂粘结为微孔人造石，经解板机械切为所需板材，制成硅藻精土“木材”。

　　该新材料具有：放在强酸(氢氟酸除外)、强碱中不腐蚀，12000C以下高温不变形，防水，堆密度0.3以下，仅是木材堆密度的1/3，可钉跑钉，隔热，隔音，具有一定强度。既具有木材的一切优点又弥补了木材的一切缺点能完全代替木材的佳轻型功能性新材料。

　　(四)硅藻精土其它应用

　　硅藻土目前在世界上有500多种用途。因世界上没有纯净的硅藻原土，而难于用于要求质量稳定的产品。硅藻精土的诞生，将推动硅藻土传统产业迅速发展。

　　<1>硅藻精土的主要性质

　　(1)粒径：颗粒是硅藻的基本单元，每克有2-2.5亿个硅藻，粒径在-800目以下。以均匀的粒径作为优质填料。

　　(2)比表面：硅藻精土每克重大约有100m2以上的比表面积。作为多孔性填料，其内表面比外表面大。由孔隙结构形成活性表面，具有巨大的附着能力，增加附着强度，有效均匀地附着在物料的表面。硅藻的多孔隙结构使物料表面形成亚光。

　　(3)、颜色：硅藻精土是白色。

　　(4)、密度：从经济角度来说，填料的加入取代了一定体积的基体，因此必然关心所用填料的密度。硅藻精土的松散堆密度只有0.1-0.2g/cm3,紧堆密度只有0.2-0.3g/cm3，所以是经济的填料。

　　(5)硬度：硬度对于硅藻精土的应用有十分重要的意义。硅藻精土属软质填料，但由于它属二氧化硅组成的非晶体结构，硅藻壳壁低莫氏硬度为4.5-5.5，莫氏硬度可达到5.6-6.0。

　　(6)化学组分：化学组分决定了硅藻表面的性质，其成分是非晶质二氧化硅，为此它化学稳定性极好。不怕酸碱，不易氧化，能长久地维持物料的稳定性。优良的化学组分使它在浸润性、分散性、硫化性、补强性、耐老化性等方面都表现出极为优良的品质。

　　<2>硅藻精土对物料的综合效应

　　从经济效益的角度来说，应用硅藻精土填料首先获得的效果是它降低成本。但是随着现代化的发展，不仅仅是要求价格竞争上占有优势，而且要求提供理想的物理、化学性能的材料。

　　(1)弹性效应：硅藻精土与物料混合后很重要的一个作用是使复合材料的弹性模量增大很多倍。加入物料时容易充分分散和混合均匀。

　　(2)强度效应：由于硅藻精土比表面积非常大，则有利于提高物料的强度。对物料的弹性体系的增强，并对物料的断裂伸长率克制，并在冲击强度上有明显的提高。

　　(3)阻燃效应：阻燃将成为硅藻精土有前途的应用领域。硅藻精土无论加入橡胶、塑料及低制品中均能阻燃。例如硅藻精土加入纸浆可生产隔热防火纸板，该纸板用氧焊火焰来吹烧也不能起火燃烧。早使用硅藻土的诺贝尔，在发明了硝化甘油后不能用于工业，一摇动就爆炸。晚年找到硅藻土作为吸附剂和稳定剂，把硅藻土加入消化甘油后则不会摇动爆炸，用雷管才能爆炸。第一代炸药才诞生了。

　　硅藻精土加入物料后，与火焰接触，而本身的结构却不受破坏。可以避免可燃集合物进一步暴露在火焰之中，从而使内部深层不受破坏。

　　(4)光学效应：硅藻精土加入物料后增加对光的散射界的面积，提高多角度的散射，形成的亚光，对面强光源照射下，物料不会产生光滑面的折射。

　　(5)防腐、耐酸和耐磨效应：硅藻精土因其固有的化学惰性而能令物料表现出良好的防腐蚀性、耐酸碱性、并表现出良好的耐磨性。加入物料后，硅藻颗粒将完全被高物料所包裹，颗粒之间的机体便构成了连续相，这时硅藻精土的化学稳定性便基本上决定于基体。但是事实上，另一情况是在物料表面有不少硅藻颗粒呈裸露状态。这时物料的化学稳定性决定于硅藻的化学稳定性。

　　硅藻精土具有体积轻、孔隙度高、比表面积大、吸附性强、坚固、隔音、隔热、耐酸、化学性质稳定和热传导性低等一系列优良特性。为此硅藻精土能代替高岭土、轻质碳酸钙、滑石粉等非金属填料，用于造纸、油柒、人造革、塑料制品等等作为新功能性填料。

　　硅藻精土可生产过滤空气的分子筛，用于空调外层时可使室内获得无菌空气。用于香烟过滤嘴。

　　硅藻精土可作为催化剂载体，用于汽车尾气等有害气体经催化剂转化为无害气体。催化剂载体是很多化工产品生产不可缺少的原料。

　　硅藻精土可生产高级隔热保温材料---微孔硅酸钙。

　　硅藻精土是好的化粧品底料。

　　硅藻精土可代替白碳核作橡胶的填料。

　　硅藻精土可作为吸附剂、色谱固定剂等。

　　利用物理选矿，把低品位硅藻原土优选为硅藻含量达92%以上高品质硅藻精土处理剂用于处理污水，创导了既有传统污水处理工艺的综合优点，同时又弥补了各处理污水技术的不足，使出水水质达到中水回用要求，实现了污水的资源化，具有广阔的前景。

　　硅藻精土处理剂由不导电的非晶体二氧化硅的硅藻壳体和超导的纳米微孔组成，使硅藻表面形成不平衡电位。在水处理过程中，硅藻精土处理剂被微量加入污水中，在高速搅拌或抽吸污水的泵机叶片旋转下，瞬间分散于水体中，硅藻表面的不平衡电位能中和悬浮离子的带电性，导致胶体颗粒和胶团结构的ξ电位减小为零，从而达到胶体颗粒凝聚成较大的絮花，污染物由此被快速物理絮凝、沉淀，加之硅藻具有60m2/g的表面积和巨大的孔体积及较强的吸附力，把污水中的有机物和无机物细微和超细微的物质吸附到硅藻表面，形成链式结构并快速下沉与水体分离。在水处理设备中，水体自下而上，通过由每克2.5亿个以上的硅藻形成数公尺的悬浮渣层，其悬浮物、重金属离子及细菌被硅藻纳米微孔超滤去除，清水则由主设备上方溢出。由于硅藻具有自身脱水的功能，用脱水设备很容易脱水、沉渣形成饼状可装袋运输，可再生利用回收硅藻土;该工艺获得专利(专利号ZL96122377.4)。

　　利用硅藻精土，处理污水具有其它工艺难以相比的优点即：

　　1、工艺流程短、设施结构紧凑、占地面积小，仅为其它处理工艺的1/3-1/5。

　　2、投资省，仅为其它工艺的44-66%。

　　3、管理方便，运行费用低，一般市政污水直接运行费不超过0.25元/m3，仅为其它工艺的1/3左右。

　　4、处理后水质好：由于硅藻精土处理工艺的特殊作用对市政污水，SS去除率达99.9%;BOD5出水仅20mg/l以下，去除率达92%;CoDcr去除率大于90%;总氮去除率78%以上;总磷去除率大于90%。排水水质达到和超过(GB18918-2002一级A标准)可进一步简单处理即可作中水回用。

　　5、污泥渣收集容易，可回收重新生产硅藻精土，由于具有质轻、隔热、保温、无毒的特性，也可作建材和农肥使用。

　　6、由于工艺较简单，采用设备较少，便于实现自动化控制。

　　7、工艺对外界环境变化影响小，四季运行平稳，出水水质稳定。

　　废水微波处理技术

　　(一)微波净化污水的机理

　　微波技术起源于20世纪30年代，初应用于通讯领域，直到近十几年间，人们才开始注意到微波技术应用在环境保护领域内的潜力，目前微波现已成功地用于废气、废水、固废的处理和环境监测。

　　微波处理污水是运用微波具有对流体中吸波物质物化反应有强烈的催化作用、对流体有穿透作用和杀灭微生物的功效。当流体置于微波场中，流体中各种固相微粒能迅速汇聚沉降与水分离，其溶解性的物质(包括高分子有机物)在微波高频穿透下进行解吸和消降，终分解率达100%，且处理后的水质长期保持稳定。微波还具有对菌、藻杀伤力极强的特性，在20—30秒内蓝藻即由微粒汇聚成大颗粒沉降与水分离。

　　(二)废水微波处理技术的优点

　　① 废水微波处理技术的优点

　　污水微波处理法与传统污水处理法相比较有如下优点：

　　1) 单位污水处理投资强度低，规模大于5000m3/d时，单位投资强度为800～1000元/m3污水;

　　2) 占地面积小，同等规模仅为传统污水处理法的占地面积的1/10～1/30;

　　3) 实施灵活，污水微波处理技术不仅适于大、中、小型工程的新建，也适用于现在运行中的传统技术污水处理厂的技术改造，尤其是使用在高难度的工业污水处理上，具有国内外目前其它污水处理技术所不能达到的效果。如焦化废水、印染污水、造纸废水等高难度工业污水是从今以前所不能解决的重大难题，现在已经有从根本上完全解决的跨越性技术突破，解决了国内目前对该类污水治理难题，对提高出水水质、深度脱磷、实现污水资源化。从根本上解决人类的生活和生产活动给江河湖泊带来的污染，使水环境步入良性循环;

　　4) 工艺流程短，污水中污染物降解的物化反应迅速，污水经调配进入微波场20～30秒流出，5～7分钟完成澄清分离，产出清水和无菌污泥;

　　5) 单位污水处理运行费用低，运行费用中主要两项指标是：综合能耗为0.21～0.28度/m3;二是药剂消耗为0.08～0.10元/m3;

　　6) 污水中污染物清除彻底，经微波一次性处理后产出的清水其主要理化指标可达到或接近国家地表水环境质量Ⅲ类;

　　7) 污水处理进程不受周围环境温度和原污水污染物浓度影响，传统污水处理工艺却受控于这两个因素的影响;

　　8) 污水处理过程中可根据需要随意开、停，传统生化法和活性污泥法一旦停止运行后，需要半个月至1个月才能恢复正常运行;

　　9) 实现水的可持续利用和污水资源化，解决淡水资源日益短缺的问题;a、产出无菌清水可回用，b、产出无菌污泥可作用高效复合肥原料。

　　10) 污水微波处理对杀灭蓝藻和杀灭污水中的病原体具有特效，示范工程检测数据表明，市政污水微波处理前粪大肠菌群值为24×104个/L，出口仅为20个/L。

嵊州市兴龙硅藻土开发制品有限公司主要生产硅藻土产品，如硅藻土助滤剂、硅藻土填料、硅藻土催化剂等系列，产品质量可靠，价格合理，深受广大客户欢迎！

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硅藻土首选兴龙硅藻土，浙大硅藻土研发基地

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