背景及概述[1][2]
硅藻是一種單細(xì)胞的藻類(lèi)，其個(gè)體很小，一般為1m到幾mm。當(dāng)這種水生植物死亡后，其殘骸在海洋或湖泊中沉積，形成硅藻土。硅藻土的主要成分是SiO ，以SiO ·nH20的形式存在，同時(shí)還包含少量的Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、P等，個(gè)別的還有Cr、Ba等金屬雜質(zhì)。各地硅藻土礦的成分不同，含量也不同。中國(guó)硅藻土儲(chǔ)量豐富，全國(guó)10個(gè)省(區(qū))有硅土礦產(chǎn)出。探明儲(chǔ)量的礦區(qū)有354處，總保有儲(chǔ)量礦石3.85億噸，僅次于美國(guó)，居世界第二位。近年來(lái)，硅藻土做為絮凝劑、吸附劑已經(jīng)被廣泛的研究，雖然已取得了一定的成果，但是作為吸附材料用于污水處理的工業(yè)化并不多見(jiàn)。開(kāi)展這方面的研究工作，通過(guò)對(duì)硅藻土的提純、改性，使硅藻土能夠作為有效的吸附材料用于工業(yè)污水的處理，對(duì)于中國(guó)豐富的硅藻土資源有著很重要的意義，也是今后發(fā)展的主要趨勢(shì)。
特性[1]
1.硅藻土的表面基團(tuán)與吸附性能
硅藻土表面有大量不同種類(lèi)的羥基，硅藻土中的羥基越多，則吸附性能越好。這些羥基在熱處理?xiàng)l件下可以發(fā)生轉(zhuǎn)化，改變硅藻土的吸附性能。并且這些羥基有一定的活性，可與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或成鍵，改變硅藻土的吸附特性。
2. 硅藻土的表面電荷
硅藻土顆粒表現(xiàn)出一定的負(fù)電性。在大多數(shù)pH值范圍內(nèi)硅藻土表面都帶負(fù)電，但在酸性條件下，由于硅藻土表面的羥基被質(zhì)子化，帶正電。在硅藻土表面接枝官能團(tuán)可使硅藻土的等電位點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)。
3.硅藻土的表面結(jié)構(gòu)與吸附特性
硅藻土的吸附性能與它的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，比表面積越大吸附量越大；孔徑越大，吸附質(zhì)在孔內(nèi)的擴(kuò)散速率越大。則越有利于達(dá)到吸附平衡。但在一定孔體積下，孔徑增大會(huì)降低比表面積，從而減小吸附平衡量；孔徑一定時(shí)，孔容越大，吸附量就越大。¨
制備[3]
1. 單一提純法
1）擦洗法：適當(dāng)?shù)牟料纯蓪⒃项w粒打細(xì)、分散，而不破壞硅藻殼，固結(jié)在硅藻殼上的粘土等礦物雜質(zhì)在擦洗作用下脫離，分級(jí)后將粘土等礦物雜質(zhì)去除，從而SiO2含量得到提高。擦洗次數(shù)越多，精選效果越好，得到硅藻土的SiO2 含量越高。
2）酸浸法：酸浸一般采用氫氟酸和硫酸的混合酸，強(qiáng)酸使硅藻土中的A12O3，F(xiàn)e2O3，CaO，MgO等雜質(zhì)溶解生成鹽類(lèi) 。對(duì)土耳其硅藻土采用鹽酸酸浸方法提純，發(fā)現(xiàn)隨著酸濃度與酸浸時(shí)間的增加，鹽酸溶解A12O3，Fe2O3，CaO，MgO等雜質(zhì)的同時(shí)也會(huì)溶解一定的非晶態(tài)SiO2，并且SiO2的溶解受堿金屬元素存在的影響 。酸浸不僅可提高硅藻土的純度，而且硅藻土密度變小，孔容、比表面積等增大，孔結(jié)構(gòu)也會(huì)得到明顯改善，酸浸得到的硅藻土是深加工產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料，并且酸液可以回收利用，但是此方法處理硅藻土?xí)r，用酸量和用水量都很大，成本比較高。
3）焙燒法：焙燒法主要是針對(duì)高燒失量型硅藻土的選礦提純。焙燒溫度為600～800℃時(shí)，由于有機(jī)質(zhì)等的揮發(fā)，SiO2含量可顯著提高，同時(shí)孔徑增大，表面酸強(qiáng)度增加。研究表明450~C焙燒時(shí)比表面積達(dá)到，焙燒溫度達(dá)到900℃ 以上時(shí)硅藻殼體會(huì)被破壞。
此外，還有磁選法、熱沉降法、熱浮選法等，一般采用組合使用的方法。
2. 組合提純法
1）擦洗一酸浸：對(duì)內(nèi)蒙古克旗某低品位硅藻土利用擦洗、酸浸的方法進(jìn)行提純，混雜于硅藻土間的礦物雜質(zhì)可通過(guò)擦洗有效去除，三次擦洗后SiO2含量，可提高13％；硅藻土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的粘土雜質(zhì)主要采用硫酸酸洗去除，兩次酸洗后SiO2 含量提高了近5％，經(jīng)過(guò)提純?cè)摴柙逋罶iO 含量由70.18％提高到87.13％。
2）水洗一焙燒：針對(duì)內(nèi)蒙高燒失低品位硅藻土采用水洗.焙燒工藝進(jìn)行提純，水洗去除石英、長(zhǎng)石及黏土類(lèi)雜質(zhì)，600~C焙燒去除有機(jī)質(zhì)，進(jìn)行水洗次數(shù)、水洗溫度、分散劑用量及焙燒溫度等條件試驗(yàn)，最終硅藻土中SiO2含量由64.22％提高到82.98％。
3）焙燒一酸浸：對(duì)吉林某公司的硅藻土進(jìn)行焙燒一酸浸提純?cè)囼?yàn)研究，得到了SiO 含量達(dá)90％ 以上的硅藻精土，研究發(fā)現(xiàn)450℃以下，硅藻土比表面積隨焙燒溫度提高而增加，超過(guò)450℃后，比表面積隨焙燒溫度提高反而降低，硫酸的適宜濃度為72％ ；通過(guò)測(cè)試分析知原硅藻土經(jīng)提純后，大部分雜質(zhì)被除去，孔性變好，比表面積增大，吸附性能增大。對(duì)土耳其硅藻土采用鹽酸酸浸一焙燒工藝提純，研究表明冷鹽酸酸浸對(duì)雜質(zhì)的去除不徹底，冷鹽酸酸浸后比表面積先略微增大后顯著降低，而熱鹽酸酸浸后比表面積略微增大；而且冷鹽酸酸浸與熱鹽酸酸浸相比，在1100℃以下隨著焙燒溫度的增加比表面積的降低幅度更大。
4）焙燒一堿浸：用先焙燒后堿浸方式對(duì)硅藻土微粉進(jìn)行提純，在700～1200℃下煅，再與一定濃度的強(qiáng)堿(NaOH、KOH、LiOH)溶液混合反應(yīng)，過(guò)濾洗滌。硅藻土微粉的SiO 含量顯著提高，此方法與酸浸相比，不引入其它雜質(zhì)，環(huán)保，設(shè)備腐蝕小，而且工藝簡(jiǎn)單，成本較低。
5）熱浮選一磁選一酸煮法：對(duì)吉林省樺甸市二、三級(jí)硅藻土通過(guò)此工藝流程進(jìn)行提純，三種方法的綜合應(yīng)用去除了硅藻土中的礦物雜質(zhì)及化學(xué)雜質(zhì)，提高硅藻土純度的同時(shí)改善了硅藻孔結(jié)構(gòu)。在強(qiáng)力擦洗1h、硫酸煮解3h、硫酸濃度15％ ～20％的工藝條件下得到了符合一級(jí)土標(biāo)準(zhǔn)的硅藻上。
6）擦洗一微波一酸浸：微波可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，酸浸過(guò)程中加入微波作用，可顯著提高酸浸效果。在硅藻土酸浸過(guò)程中加入微波作用，通過(guò)硫酸濃度、微波功率、浸出時(shí)間等條件系統(tǒng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響浸出的主要因素是浸出時(shí)間，浸出時(shí)間越長(zhǎng)、微波功率越高以及硫酸濃度越大，硅藻土中Fe 0，含量越低。通過(guò)對(duì)硅藻土先擦洗碎解分散，后分級(jí)除雜，最后波作用下酸浸除鐵的工藝，得到成分上合格的助濾劑產(chǎn)品，微波酸浸提純的高效致使其作用時(shí)間可比常規(guī)酸浸提純的時(shí)間減少l0倍。另外，酸浸之前先進(jìn)行微波預(yù)處理，比未預(yù)處理直接酸浸效果也會(huì)好。
應(yīng)用[4]
1. 助濾劑
硅藻土產(chǎn)品種類(lèi)繁多，主要用途之一是生產(chǎn)助濾劑，且品種最多，用量也。用硅藻土粉制品可以濾除液體中的固體顆粒、懸浮物質(zhì)、膠體粒子及細(xì)菌，起到濾清和凈化液體的作用。助濾劑主要應(yīng)用領(lǐng)域有啤酒、醫(yī)藥(用于抗生素、血漿、維生素、合成醫(yī)藥：注射液等的過(guò)濾)、凈水過(guò)濾、油脂工業(yè)、有機(jī)溶液、涂料和染料、肥料、酸類(lèi)、堿類(lèi)、調(diào)味料、糖類(lèi)、酒類(lèi)等。
2. 填料和涂料
硅藻土廣泛用作塑料、橡膠等高聚物基復(fù)合材料的填料。其化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)、粒度、顆粒形狀、表面性質(zhì)等決定其填充性能?，F(xiàn)代新型高聚物基復(fù)合材料不僅要求非金屬礦物填料具有增量和降低材料成本的功效，更重要的是能夠改善填充材料的性能或具有補(bǔ)強(qiáng)或增強(qiáng)等功能。
3. 建材和保溫絕熱材料
國(guó)外的硅藻土建材和保溫材料生產(chǎn)國(guó)有丹麥、羅馬尼亞、俄羅斯、日本、英國(guó)等。其制品主要有隔熱磚、硅酸鈣制品、粉料、硅鈣板、水泥添加劑以及泡沫玻璃、輕質(zhì)骨料、瀝青路面混合料添加劑等。
主要參考資料
[1] 陳榮三, 戴安邦. 國(guó)產(chǎn)硅藻土結(jié)構(gòu)的研究[J]. 化學(xué)學(xué)報(bào), 1996, 54: 57-64.
[2] 劉潔, 趙東風(fēng). 硅藻土的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2009, 34(5): 104-106.
[3] 任子杰, 高惠民, 柳溪. 硅藻土提純及制備助濾劑研究進(jìn)展[J]. 礦產(chǎn)綜合利用, 2013 (5): 5-9.
[4] 徐建軍, 張傳順, 管繼南. 硅藻土的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J]. 廣西輕工業(yè), 2011 (5): 23-24.