孟建平 范瑾初 謝燕菊 高乃云
同濟(jì)大學(xué)

　　摘要:研究了我國(guó)三大礦區(qū)(云南、長(zhǎng)白山和浙江嵊縣)硅藻原土和產(chǎn)品的化學(xué)成份和包括比表面積、真密度、視密度、孔隙率和顆粒粒徑分布等物理特性。同時(shí)，對(duì)部分硅藻土掃描電鏡攝像測(cè)定硅藻土孔徑和生物顯微鏡鏡鑒計(jì)數(shù)確定硅藻種群的組分。

引言

　　對(duì)硅藻土資源的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用始于十九世紀(jì)，自從1886年德國(guó)海德爾(Heddle)等人獲得了用硅藻土作為過濾介質(zhì)以來，經(jīng)100多年的發(fā)展，用硅藻土加工的產(chǎn)品多達(dá)500多種，它廣泛應(yīng)用于水處理、食品、釀造、飲料、制糖、油類加工、染料、農(nóng)藥、合成橡膠、塑料、化工合成、炸藥等領(lǐng)域。全世界每年耗用硅藻土高達(dá)160萬我國(guó)是硅藻土富產(chǎn)國(guó)之一，自1935年中國(guó)首次發(fā)現(xiàn)硅藻土礦以來，已有吉林(長(zhǎng)白、華甸、海龍和撫松)、浙扛(嵊縣)、云南(尋甸)、四川(米易)、湖北(隨縣)、山東(臨朐)、安微(蕪湖)、黑龍江、河北、江西、廣東和西藏自治區(qū)等13個(gè)省區(qū)發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)地近50處，迄今全國(guó)已探明的儲(chǔ)量1.3億t。由于我國(guó)硅藻土資源的開發(fā)研究較落后，不僅產(chǎn)量小而且水平低，五十年代主要用于生產(chǎn)保溫材料、輕質(zhì)磚，爾后又用于硫酸工業(yè)作礬沼媒載體，近年來又開發(fā)用于飲料、釀酒業(yè)的助濾劑。由于沒有足夠的硅藻土利用領(lǐng)域，硅藻土資源無法得到合理利用重，如用硅藻土制磚等。
　　為了推廣應(yīng)用硅藻土和合理利用其自然資源，我們對(duì)硅藻土過濾技術(shù)進(jìn)行歷時(shí)三年的全面研究，為便于設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理人員選用濾料，并研究了國(guó)產(chǎn)硅藻土助濾劑理化性能。

2 概述

　　硅藻基本上是水生的，也有部分在濕地上生長(zhǎng)，根據(jù)水域環(huán)境的劃分方法及水中含鹽量的不同，可分為海水、半咸水和淡水等三大類，我國(guó)大多數(shù)為淡水型。硅藻種類繁多，分布極廣。硅藻的細(xì)胞壁除含有果膠質(zhì)外，并含有大量的硅質(zhì)，高度硅質(zhì)化的細(xì)胞壁構(gòu)成堅(jiān)硬的殼體。
　　古代硅藻遺骸，經(jīng)過千萬年的成巖作用形成了一種多孔性疏松的土狀化石——硅藻土。硅藻土是硅藻的細(xì)胞壁化石形式的軀殼，以無定形二氧化硅為主要成份，還含有一些鐵、鋁、鈣、鎂等金屬氧化物。硅藻土中的二氧化硅是由生物作用從水中吸收而累積在硅藻細(xì)胞壁內(nèi)，然后經(jīng)成巖過程形成的。因硅藻土是一種非晶態(tài)的無定形物質(zhì)，所以它沒有固定的熔點(diǎn)，當(dāng)溫度達(dá)到一定范圍時(shí)開始熔融。

3 硅藻土的硅藻種屬門類鑒別

　　中國(guó)硅藻土礦床主要是陸相，我國(guó)按硅藻±成因劃分成十一大礦區(qū)，我們收集了其中三大礦區(qū)即浙江嵊縣、云南騰沖和吉林長(zhǎng)白山的主要礦樣。
3.1 騰沖硅藻

　　騰沖硅藻土中的硅藻植物群，優(yōu)勢(shì)種為直鏈藻(Melosira)和圓篩藻(Coscinodiscus)，常見種為脆桿藻(Fragilaria)和針桿藻(Synldrn)，另有異端藻、舟形藻、冠盤藻、明盤藻、輻環(huán)藻、四環(huán)藻、短峰藻、卵形藻、曲殼藻、橋彎藻、菱形藻和窗紋藻等17屬的37種，絕大部分屬中心網(wǎng)、淡水網(wǎng)。硅藻在礦土中占(體積比)25—70％，一般為40—50％。表1為騰沖先鋒礦硅藻土提純晶的種屬構(gòu)成。圖1、圖2為騰沖先鋒礦樣電鏡照片。

3.2 浙江嵊縣硅藻土礦
　　選用經(jīng)過氣浮提純過的精土，因而土樣中雜質(zhì)極少，完整的硅藻占極大部分，硅藻屬中心網(wǎng)的顆粒直鏈藻、冰島直鏈藻、意大利直鏈藻、模糊直鏈藻、顆粒直鏈藻最窄變種等組成。用血球計(jì)數(shù)板鏡鑒計(jì)數(shù)，七次計(jì)數(shù)平均值見表2。圖3、圖4為嵊縣礦土顆粒直鏈藻電鏡照片。

3.3 吉林長(zhǎng)白山縣馬鞍山硅藻土礦
　　吉林省長(zhǎng)白山縣馬鞍山硅藻土礦是品位較高的礦藏之一。硅藻土含二氧化硅量達(dá)90％，硅藻主要為圓篩藻、小環(huán)藻，約占體積的90％，其次為直鏈藻，另外還有一些輻環(huán)藻、半盤藻獨(dú)球藻以及少量雜質(zhì)。圖5為圓篩藻電鏡照片。

4 硅藻土助濾劑物理化學(xué)特性

　　不同和礦土的地區(qū)不同而不同，基本上與二氧化硅真密度一致，約在2.o～2.58／cm3范圍內(nèi)。研究結(jié)果表明：除嵊縣原土(比重為1.95g／cm³)以外，其余的硅藻土產(chǎn)品的真密度大多在2.20～2.30g／cm³之間，經(jīng)煅燒或助熔煅燒后的產(chǎn)品因有機(jī)物及一些無機(jī)灰分被燒去，其真密度較原土有所提高，但相互間變化不大。
　　視密度(即堆密度)：各產(chǎn)品的視密度相差很大，煅燒和助熔煅燒的產(chǎn)品也不完全一致。由于煅燒時(shí)可能使部分微孔被煅燒熔融破壞，所以視密度較原土有明顯提高，助熔煅燒的熔融程度較煅燒的熔融程度要大些，所以助熔煅燒產(chǎn)品的視密度在產(chǎn)品中最大。
4.2 孔隙率

　　藻土是一種多孔性物質(zhì)，孔隙率>75％，即3／4以上的部分是孔隙，因而它是一種天然的良好濾料。硅藻土產(chǎn)品的孔隙率與視密度的變化成反比，孔隙率變化的主要原因也是由于煅燒和助熔煅燒使硅藻土部分熔融而堵塞了部分孔洞。表3為國(guó)產(chǎn)硅藻土助濾劑的物理性能。
4.3 粒度分布
　　測(cè)定結(jié)果表明，嵊縣原土的顆粒分布比較集中，約67％粒徑在3.43-8.34μm范圍之間；寧波硅藻土產(chǎn)品顆粒粒徑比較分散；騰沖硅藻土除了兩種較粗的產(chǎn)品粒徑(Mh-1粗、Mm-2粗)分布較分散外，其余比較集中，這與產(chǎn)品的加工工藝有關(guān)，粒徑集中的產(chǎn)品是不加助熔劑的煅燒產(chǎn)品。測(cè)定結(jié)果表明12種礦土和產(chǎn)品的平均顆粒粒徑(μm)為：DEl01為14.66，DE201為17.66，DE203為15.71，DE40l為20.57，嵊縣原土為7.709，DE821為8.998，騰沖產(chǎn)品為lL 08，Mh—l粗為25.66，Mh一1細(xì)為6.77.Mm一2粗為24.8l，Mm一1細(xì)為7.95；

4.4比表面積
　　硅藻土的比表面積通常在20一80m／s之間。對(duì)9種硅藻土助濾劑的比表面積測(cè)定結(jié)果(見表4)表明，硅藻土的比表面積在l0～30m²／8之間，比資料報(bào)導(dǎo)的要小得多，這可能與硅藻土的樣品來源有關(guān)。
4.5硅藻土助濾劑的化學(xué)成分
　　表5示國(guó)產(chǎn)10種硅藻土礦、硅藻土助濾劑和進(jìn)口的三種產(chǎn)品化學(xué)成分。化驗(yàn)分析結(jié)果顯示，國(guó)產(chǎn)硅藻土中二氧化硅的含量在77～89％之間，其次含量最高的是Al₂O₃在4～11％之間，F(xiàn)e₂O₃含量較少在0.59～5.82％之間，還含有一些CaO.MgO₃

4.6硅藻土加工對(duì)理化性能的影響
　　硅藻土經(jīng)過煅燒后，一部分物質(zhì)被燒失，二氧化硅含量明量提高。
　　煅燒使硅藻土一些微孔被熔合，表面被熔化而變得圓滑。如電鏡照片圖3硅藻土輪廓清晰、外形完整，圖4大部分微孔被熔合。助熔煅燒是獲得大粒徑助濾劑的一種有效方法。經(jīng)助熔煅燒加工后，硅藻土細(xì)粒被燒結(jié)在一起，使其粒徑比原土的粒徑大1～l0倍。助熔煅燒產(chǎn)品必須經(jīng)粉碎分篩，以取得粒度一致的助濾劑。

5 參考文獻(xiàn)

1.我國(guó)陸相硅藻土的分布及基本特征，《科學(xué)通報(bào)》，地質(zhì)部海洋地質(zhì)研究所.
2.我國(guó)硅藻土工業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展對(duì)策，中國(guó)非金屬礦工業(yè)公司.
3.吉林省硅藻土資潭、工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展意見，吉林省建材局.
4.硅藻土過濾技術(shù)在自酒生產(chǎn)中的應(yīng)用，《醇酒》88.5吉林市江城酒廠.

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作者通訊處：200092　 上海同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院