硅藻土的提纯方法及应用

背景及概述^[1][2]

硅藻是一种单细胞的藻类，其个体很小，一般为1m到几mm。当这种水生植物死亡后，其残骸在海洋或湖泊中沉积，形成硅藻土。硅藻土的主要成分是SiO ，以SiO ·nH20的形式存在，同时还包含少量的Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、P等，个别的还有Cr、Ba等金属杂质。各地硅藻土矿的成分不同，含量也不同。中国硅藻土储量丰富，全国10个省(区)有硅土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石3.85亿吨，仅次于美国，居世界第二位。近年来，硅藻土做为絮凝剂、吸附剂已经被广泛的研究，虽然已取得了一定的成果，但是作为吸附材料用于污水处理的工业化并不多见。开展这方面的研究工作，通过对硅藻土的提纯、改性，使硅藻土能够作为有效的吸附材料用于工业污水的处理，对于中国丰富的硅藻土资源有着很重要的意义，也是今后发展的主要趋势。

特性^[1]

1.硅藻土的表面基团与吸附性能

硅藻土表面有大量不同种类的羟基，硅藻土中的羟基越多，则吸附性能越好。这些羟基在热处理条件下可以发生转化，改变硅藻土的吸附性能。并且这些羟基有一定的活性，可与其他物质发生反应或成键，改变硅藻土的吸附特性。

2.  硅藻土的表面电荷

硅藻土颗粒表现出一定的负电性。在大多数pH值范围内硅藻土表面都带负电，但在酸性条件下，由于硅藻土表面的羟基被质子化，带正电。在硅藻土表面接枝官能团可使硅藻土的等电位点发生移动。

3.硅藻土的表面结构与吸附特性

硅藻土的吸附性能与它的物理结构和化学结构密切相关，一般来说，比表面积越大吸附量越大；孔径越大，吸附质在孔内的扩散速率越大。则越有利于达到吸附平衡。但在一定孔体积下，孔径增大会降低比表面积，从而减小吸附平衡量；孔径一定时，孔容越大，吸附量就越大。¨

制备^[3]

1. 单一提纯法

1）擦洗法：适当的擦洗可将原料颗粒打细、分散，而不破坏硅藻壳，固结在硅藻壳上的粘土等矿物杂质在擦洗作用下脱离，分级后将粘土等矿物杂质去除，从而SiO2含量得到提高。擦洗次数越多，精选效果越好，得到硅藻土的SiO2 含量越高。

2）酸浸法：酸浸一般采用氢氟酸和硫酸的混合酸，强酸使硅藻土中的A12O3，Fe2O3，CaO，MgO等杂质溶解生成盐类 。对土耳其硅藻土采用盐酸酸浸方法提纯，发现随着酸浓度与酸浸时间的增加，盐酸溶解A12O3，Fe2O3，CaO，MgO等杂质的同时也会溶解一定的非晶态SiO2，并且SiO2的溶解受碱金属元素存在的影响 。酸浸不仅可提高硅藻土的纯度，而且硅藻土密度变小，孔容、比表面积等增大，孔结构也会得到明显改善，酸浸得到的硅藻土是深加工产品的优质原料，并且酸液可以回收利用，但是此方法处理硅藻土时，用酸量和用水量都很大，成本比较高。

3）焙烧法：焙烧法主要是针对高烧失量型硅藻土的选矿提纯。焙烧温度为600～800℃时，由于有机质等的挥发，SiO2含量可显著提高，同时孔径增大，表面酸强度增加。研究表明450~C焙烧时比表面积达到，焙烧温度达到900℃ 以上时硅藻壳体会被破坏。

此外，还有磁选法、热沉降法、热浮选法等，一般采用组合使用的方法。

2. 组合提纯法

1）擦洗一酸浸：对内蒙古克旗某低品位硅藻土利用擦洗、酸浸的方法进行提纯，混杂于硅藻土间的矿物杂质可通过擦洗有效去除，三次擦洗后SiO2含量，可提高13％；硅藻土结构内部的粘土杂质主要采用硫酸酸洗去除，两次酸洗后SiO2 含量提高了近5％，经过提纯该硅藻土SiO 含量由70.18％提高到87.13％。

2）水洗一焙烧：针对内蒙高烧失低品位硅藻土采用水洗.焙烧工艺进行提纯，水洗去除石英、长石及黏土类杂质，600~C焙烧去除有机质，进行水洗次数、水洗温度、分散剂用量及焙烧温度等条件试验，最终硅藻土中SiO2含量由64.22％提高到82.98％。

3）焙烧一酸浸：对吉林某公司的硅藻土进行焙烧一酸浸提纯试验研究，得到了SiO 含量达90％ 以上的硅藻精土，研究发现450℃以下，硅藻土比表面积随焙烧温度提高而增加，超过450℃后，比表面积随焙烧温度提高反而降低，硫酸的适宜浓度为72％ ；通过测试分析知原硅藻土经提纯后，大部分杂质被除去，孔性变好，比表面积增大，吸附性能增大。对土耳其硅藻土采用盐酸酸浸一焙烧工艺提纯，研究表明冷盐酸酸浸对杂质的去除不彻底，冷盐酸酸浸后比表面积先略微增大后显著降低，而热盐酸酸浸后比表面积略微增大；而且冷盐酸酸浸与热盐酸酸浸相比，在1100℃以下随着焙烧温度的增加比表面积的降低幅度更大。

4）焙烧一碱浸：用先焙烧后碱浸方式对硅藻土微粉进行提纯，在700～1200℃下煅，再与一定浓度的强碱(NaOH、KOH、LiOH)溶液混合反应，过滤洗涤。硅藻土微粉的SiO 含量显著提高，此方法与酸浸相比，不引入其它杂质，环保，设备腐蚀小，而且工艺简单，成本较低。

5）热浮选一磁选一酸煮法：对吉林省桦甸市二、三级硅藻土通过此工艺流程进行提纯，三种方法的综合应用去除了硅藻土中的矿物杂质及化学杂质，提高硅藻土纯度的同时改善了硅藻孔结构。在强力擦洗1h、硫酸煮解3h、硫酸浓度15％ ～20％的工艺条件下得到了符合一级土标准的硅藻上。

6）擦洗一微波一酸浸：微波可以加快化学反应速率，酸浸过程中加入微波作用，可显著提高酸浸效果。在硅藻土酸浸过程中加入微波作用，通过硫酸浓度、微波功率、浸出时间等条件系统试验，发现影响浸出的主要因素是浸出时间，浸出时间越长、微波功率越高以及硫酸浓度越大，硅藻土中Fe 0，含量越低。通过对硅藻土先擦洗碎解分散，后分级除杂，最后波作用下酸浸除铁的工艺，得到成分上合格的助滤剂产品，微波酸浸提纯的高效致使其作用时间可比常规酸浸提纯的时间减少l0倍。另外，酸浸之前先进行微波预处理，比未预处理直接酸浸效果也会好。

应用^[4]

1. 助滤剂

硅藻土产品种类繁多，主要用途之一是生产助滤剂，且品种最多，用量也。用硅藻土粉制品可以滤除液体中的固体颗粒、悬浮物质、胶体粒子及细菌，起到滤清和净化液体的作用。助滤剂主要应用领域有啤酒、医药(用于抗生素、血浆、维生素、合成医药：注射液等的过滤)、净水过滤、油脂工业、有机溶液、涂料和染料、肥料、酸类、碱类、调味料、糖类、酒类等。

2. 填料和涂料

硅藻土广泛用作塑料、橡胶等高聚物基复合材料的填料。其化学组成、晶体结构、粒度、颗粒形状、表面性质等决定其填充性能。现代新型高聚物基复合材料不仅要求非金属矿物填料具有增量和降低材料成本的功效，更重要的是能够改善填充材料的性能或具有补强或增强等功能。

3. 建材和保温绝热材料

国外的硅藻土建材和保温材料生产国有丹麦、罗马尼亚、俄罗斯、日本、英国等。其制品主要有隔热砖、硅酸钙制品、粉料、硅钙板、水泥添加剂以及泡沫玻璃、轻质骨料、沥青路面混合料添加剂等。

主要参考资料

[1] 陈荣三, 戴安邦. 国产硅藻土结构的研究[J]. 化学学报, 1996, 54: 57-64.

[2] 刘洁, 赵东风. 硅藻土的研究现状及进展[J]. 环境科学与管理, 2009, 34(5): 104-106.

[3] 任子杰, 高惠民, 柳溪. 硅藻土提纯及制备助滤剂研究进展[J]. 矿产综合利用, 2013 (5): 5-9.

[4] 徐建军, 张传顺, 管继南. 硅藻土的应用及研究进展[J]. 广西轻工业, 2011 (5): 23-24.