硅藻土

硅藻土（Diatomite）是一种天然 无机化合物 非金属矿物材料，它是由古代单细胞硅藻经过长期地质作用形成的生物硅质岩。

硅藻土的化学成分主要是SiO 2 ，含有少量的Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、CaO、MgO等和有机质， 硅藻土常呈白色、灰白色、灰色或浅灰褐色，松散，质轻，吸附性强，具有独特的孔结构特性和非晶质 二氧化硅 成分，常作为 助留剂 、功能填料、保温材料、吸附剂、净化剂、硅藻壁材、催化剂载体等，广泛应用于啤酒、饮料、食品、医药、化工、环保、建材、路面材料、涂料等领域，是一种与现代食品安全、人类健康环保、节能以及现代高技术新材料产业密切相关的矿产资源。

主要特性

矿物组成

硅藻土的化学成分以SiO 2 为主，含有少量Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、CaO、MgO、K 2 O、Na 2 O、P 2 O 5 和有机质。SiO 2 含量通常占60%以上，优质 硅藻土矿 可达90%左右。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%。

硅藻土所含大多为非晶质 二氧化硅 ，硅藻土越纯或硅藻含量越高，其非晶质二氧化硅含量就越高，碱中可溶性硅酸含量为50~80%。但硅藻土被加热到800-1000°C时，其非晶质二氧化硅向晶质二氧化硅转变，碱中可溶性硅酸含量可减少到20~30%。其表面的多孔性与负电性使其呈现明显的表面 吸附 性，同时硅藻土表面还存在大量的硅 羟基 及 氢键 ，它们同时存在于硅藻土的微孔中，这也是硅藻土具备吸附性能的重要原因。

物理特性

通常呈浅黄色或浅灰色，纯净干燥的硅藻土呈现白色土状。由于天然硅藻土往往含有铁氧化物或有机质等杂质，所以常常呈白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等，随杂质增多会呈现黄色、绿色，并且有机质含量越高、湿度越大，则其颜色越深。

硅藻土主要物理特性是松散（堆积密度0.34—0.65g/cm³），质软，质轻（ 莫氏硬度 为1～1.5，密度2.0g/cm3），多孔 （ 孔隙率 达60%～80%，孔道有序或有规律分布，孔径分布从几纳米到上百纳米，氮 吸附 平均孔径10nm左右），比表面积10～80m 2 /g，吸水率较高，是自身体积的2—4倍，热稳定性好（ 熔点 1650～1750℃）， 化学 稳定性好（除 氢氟酸 外，不溶于任何强酸，但能溶于 强碱 溶液中），而且是热、电、声的不良导体。硅藻土的物理特性在一定程度上决定着其吸附性能，一般来说，吸附量随着比表面积的增大而增大；吸附质在孔内的扩散速率随着孔径的增大而加快，而扩散速率的加快有利于吸附达到平衡。但在孔体积一定的情况下，比表面积与孔径呈反比，孔径越大，比表面积越低，进而导致平衡吸附量下降；当孔径一定时，孔容的增大有利于吸附量的提高。

结构特征

硅藻 土为硅藻生物的遗骸，它与硅藻生物在 微观 形态上是一致的，硅藻土具有上百种的结构形态，主要有圆盘藻、圆筒藻、圆筛藻、 圆环 藻、球形藻、羽形藻、棒状藻等。

硅藻土表面具有大孔和小孔两种类型的孔结构，小孔孔径20-50nm，大孔孔径100-300nm，硅藻土具有独特的多级孔道结构。

形成原因

硅藻 是一种单细胞植物，其个体微小（1～125μm），生活在水深合适、含可溶性 硅酸 的特定湖泊或浅海环境中。 硅藻 在一定的光与温和营养物质等 物理化学 条件下，通过吸收水中的可溶性硅酸构成 细胞壁 ，死亡后其遗骸沉积于海底或湖底，其有机质部分分解腐烂， 化学性质 稳定的硅质细胞壳壁保留下来，便形成了硅藻土。

形成 硅藻土矿 的条件较为苛刻，需要同时满足以下条件：①浅水 盆地 ，区域广，水体较浅；②具有丰富的可溶性SiO 2 来源；③丰富的营养物质供给；④水质好，无毒，水流稳定性好；⑤碎屑成分少，它会影响到硅藻土的品质和工业价值。

目前发现的硅藻土矿床的形成时期主要在第三纪和 第四纪 。

分布区域

硅藻土资源在全球分布广泛，总量巨大，主要分布在美国、中国、 丹麦 、 日本 、 法国 、 墨西哥 等国。

中国 的硅藻土资源储量仅次于 美国 位居全球第二，主要分布于 东北地区 、东部、四川攀西以及 云南省 的东部和西南部。

在已探明的硅藻土资源中，可以不经选矿直接加工生产 硅藻土助滤剂 的，全球只有美国 加利福尼亚州 的罗姆波克矿床，中国 吉林省 长白朝鲜族自治县 的 马鞍山 矿床和西大坡矿床。这三处矿床的一级品原土的非晶质SiO 2 含量都在80%以上，是罕见的优质硅藻土矿床。

分类

根据各种矿物含量的不同， 硅藻土矿 可以分为硅藻土、含 黏土 硅藻土、黏土质硅藻土、硅藻黏土等几种类型。

1、 硅藻 土：不同形状硅藻含量大于80%，黏土含量5%左右，矿物碎屑1%～2%，干体堆积密度为0.35～0.5g/cm 3 ，硅藻土呈白色至灰白色及灰绿黄色，质轻，细腻，多孔隙，疏松，具有生物结构，块状构造及微细层理构造。属于优质 矿石 。

2、含黏土 硅藻 土：硅藻含量大于65%，黏土含量15%～20%，矿物碎屑2%～4%，干体堆积密度为0.5～0.6g/cm 3 ，其他特征与硅藻土相同。

3、 黏土 质 硅藻 土：硅藻含量40%～65%，黏土矿物25%～40%，矿物碎屑5%左右；干体堆积密度为0.6～0.7g/cm 3 ，呈灰白或灰黄色，较致密，黏性较强，不易成粉状，具块状构造。

4、 硅藻 黏土：硅藻含量20%～40%，黏土矿物50%以上，矿物碎屑5%～10%；干体堆积密度大于0.7g/cm 3 。呈灰黄色至灰绿色，较致密，黏结性强，具块层状及微层状构造。这种类型为硅藻土与黏土的过渡类型，需经选矿方可为工业利用。

应用领域

助滤剂

助滤剂 是硅藻土最主要的应用产品，约占中国硅藻土产品总量的35%，约占 美国 硅藻土产品消费量的50%。

作为助滤剂，硅藻土广泛应用于造酒行业（啤酒、白酒、果酒等）、饮料行业（饮料、 果汁 等）、医药（抗生素、口服液等）、油脂（润滑油、食用油等）、 水处理 （生活用水、工业用水、 废水 处理等）、肥料、精细化工产品等的过滤。

功能性填料

功能性填料，即利用硅藻土无毒、无害、且在液体中沉降慢等特性将其填入其他材料或产品中，硅藻土作为填料是其仅次于作为助滤剂的第二大用途， 提纯 后的硅藻土具有质轻、多孔、隔热性好、吸附性强、化学性质稳定等优点，它可以用作油漆、塑料、橡胶、功能特性纸张、杀虫剂、肥皂、洗衣粉、肥料、 沥青 、炸药、颜料及涂料的填料；能改善产品的稳定性、弹性、分散性等，提高产品的强度、耐磨性和耐酸性等；由于其较大的孔体积，还能使涂膜缩短干燥时间。作为功能性填料，还可起到消光作用。

建材

硅藻土是 硅藻泥 修饰材料的主要原料，硅藻土加入其他辅料，可制成 保温砖 、板， 微孔 硅酸钙 、脂膏砖、绝热混凝土等，另外也可以用于制作泡沫玻璃、轻质 骨料 、 沥青路面 混合料添加剂等。

催化剂载体

硅藻土在化学反应中具有惰性，耐高温性好，主要应用于氢化、脱氢、氧化、还原等化工反应中，在工业上可以作为 硫酸 工业中钒催化剂、加氢工艺中 兰尼镍 、石油工业中磷酸催化剂的理想载体，也可以作为炸药密度调节剂、研磨材料等；在农业上可以作为农药、杀虫剂、高效复合肥的理想载体。

吸附材料

硅藻土可以吸附相当于自身重量2.5倍的水，可用于制作地毯净化剂的液体载体、杀虫剂载体和 造纸 中的色调控制剂；可将硫酸和磷酸等有害液体转为干粉，以便更安全、更容易地运输和存储。

软质磨料

利用硅藻土具有适当的硬度，以及自身特殊的 骨架 结构，作为磨料时既具有研磨作用，又不会产生划痕，研磨和抛光效果良好。在牙膏中加入硅藻土，可提高研磨性和去污能力。

防结块剂

在肥料中添加适量硅藻土干细粉，可以防止结块，使施肥更均匀，保持肥效。硅藻土还可用作炸药防结块的 干燥剂 。

加工制备

选矿提纯

天然高纯度的 硅藻土矿 很少见，硅藻土选矿的目的是要除去其中泥砂、碎屑及铁、铝等杂质，使硅藻富集。

选矿工艺可分为粗选和精选。粗选工艺包括破碎、混合、磨碎和 烘干 ，但是粗选产品一般不能用于过滤，用作 助留剂 、填料和 催化剂 载体的硅藻土需要精选加工。

1、对于 硅藻 含量较高的硅藻土，可采用简单的 旋风 分离法（即在干燥或中温煅烧和选择性粉碎后采用 旋风分离器 或空气 离心 分选机 进行选别），也可以采用湿式重力 沉降 （硅藻原土→擦洗制浆→重力沉降→过滤→干燥）或离心沉降（硅藻原土→擦洗制浆→离心沉降→过滤→干燥）的方法进行选别。

2、绝大多数的硅藻土矿床属于含 黏土 硅藻土和黏土质硅藻土，需要对硅藻土和黏土颗粒进行 解离 和分选。目前在工业上应用的工艺是：擦洗制浆→稀释→沉淀分离→ 负压 脱水→热风干燥→精细分级→硅藻精土。 先用 擦洗机 将原土加水搅拌成浓矿浆，加水稀释矿浆至10%～20%的浓度后给入高速 分散机 内，加入 分散剂 ，然后将矿浆依次送入初 分离器 、二次分离器、精分离器中沉淀分离，收集湿硅藻精土进行过滤干燥后即得硅藻精土。

对于纯度要求很高的硅藻精土，在用物理方法精选后还须采用 化学 方法如 酸浸 法（使用 硫酸 和 盐酸 ，也可适量添加 氢氟酸 ，加温反应一定时间，使硅藻土中含Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、 CaO 、 MgO 黏土矿物 杂质与酸作用，生成可溶性盐类，然后压滤、洗涤并干燥，即得到较高纯度的硅藻精土）进一步 提纯 。

3、对于有机质含量较高的 黏土 质硅藻土，一般采用煅烧工艺来提高硅藻土的纯度。

生产硅藻土助滤剂

硅藻土助滤剂的加工生产主要采用焙烧法。硅藻土助滤剂的生产流程为： 烘干 →压碎→分离→加 助熔剂 →混合→焙烧→压碎→分级过筛。

根据工艺的不同，硅藻土助滤剂可分为煅烧品（指硅藻土原料经650°C-1000°C煅烧、粉碎、分级而得到的产品）和助溶煅烧品（指硅藻土原料加入适量的 助溶剂 ，经800°C-1200°C煅烧、粉碎、分级而得到的产品）两类。

制备白炭黑和纳米二氧化硅

硅藻土主要含非晶质 二氧化硅 ，比晶质二氧化硅（ 石英 等）更易于与 氢氧化钠 反应生成 硅酸钠 （ 水玻璃 ），进而制得 白炭黑 。其工艺流程如下图所示。

控制好 酸析 和陈化工艺条件，同时采取适当的粒子 表面处理 技术还可用硅藻土制备 纳米二氧化硅 。

生产硅藻土水处理剂

硅藻土表面含有大量的硅 羟基 和 氢键 ，这些—OH 基团 是硅藻土具有表面活性、吸附性以及酸性的本质原因。利用其 电负性 ，硅藻土可以有效 吸附 水中的重金属离子。通过复配改性技术，可以进一步提高硅藻土对有机 废水 与复杂废水的吸附性能。

制备微孔硅酸钙

硅藻土、 石棉 （也可用 硅灰石 和纤维 海泡石 ）、 生石灰 、 硅酸钠 （ 水玻璃 ）等作为主要原材料可以制备 微孔硅酸钙 ，其制备方法按 C-S-H 形成原理分为静态法、动态法和动态-静态联合法三种。

纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料

用硅藻土负载纳米TiO2制备的纳米 TiO2 /硅藻土 复合材料 兼具吸附捕捉性能与光催化降解性能；具有较高的 比表面积 和良好的透光性；在 紫外线 和太阳光下都有优良的光催化性能而且稳定性和重复使用性能好。相应的生产流程如下图所示。

通过 稀土元素 （如 、钒等）、 非金属元素 （如 、碳、氮等）掺杂及 异质结 修饰（如 g-C3N4 / TiO2 、BiOCl/ TiO2 等）制备改性纳米 TiO2 /硅藻土复合光催化材料，均可以有效地拓展负载的纳米TiO2光谱响应范围，提高其对太阳光的利用率。

硅藻土质多孔陶瓷

以硅藻土为主要原料，充分利用硅藻土中原有孔道的特点，采用低温 烧结 （950℃以下）和加入添加剂可制得孔径细小、分布均匀、 比表面积 大和有一定强度的 多孔陶瓷材料 。

硅藻土基相变储能复合材料

以硅藻土为载体、有机固-液 相变 物质及其复配物等为相变体硅藻土相变储能复合材料已经进行了实验室制备和性能 表征 研究。其采取的制备工艺如下图所示。

历史

硅藻土在很久以前就被人们所熟知。 公元532年 ，罗马人使用硅藻土做成 轻质砖 建造教堂的圆屋顶；1836年， 德国 在 汉诺威地区 开采了第一个硅藻土矿床；1893年， 美国 开发了位于 加利福尼亚州 的矿床，生产出的硅藻土出口到 法国 ，被作为管道 保温材料 。到了19世纪后期，诺贝尔利用硅藻土作为 硝化甘油 液体的吸收剂，用以制作炸药；1899年， 硅藻土助滤剂 已用于生产过滤粗糖液；1922年，许多国家已经有了硅藻土工业。之后，硅藻土工业规模、品种、产量逐步扩大。

矿物开采

硅藻 土的开采有 露天开采 和地下开采两种方法。 其开采方法取决于矿床的地理位置、矿体形状与厚度、杂质分布、 覆盖层 厚度、生产规模等。其中露天开采是更为经济的方法，在美国主要采用露天开采，在欧洲、 非洲 、 亚洲 等部分地区也有采用地下开采的方法，如在 冰岛 有采用水下开采 硅藻 土的方法，从1米深的水下挖取硅藻软泥浆，用泵送至工厂。

中国的硅藻土矿床一般埋藏较浅，覆盖层不厚，很多矿区都采用露天开采。硅藻土多数是小规模开采。开采及运输设备一般用 掘土机 、 拖拉机 、 推土机 、汽车、 风镐 、小推车等。

安全和环境影响

在 硅藻土矿 开采时，由于硅藻土中含有大量水分，矿床比较潮湿，开采时灰尘较少，对工人的健康影响较小。但在硅藻土加工时，由于进行直接煅烧和 溶剂 煅烧工序，经过加工的硅藻土中方 石英 的含量增加，工人如果长期与空气中的 二氧化硅 （硅藻土）尘埃接触，会比较容易的 矽肺 。

硅藻土开采后，露天存放，经过搬运、运输后，在地表与大气间反复扬起和 沉降 ，导致空气中以PM2.5和PM10为代表的颗粒物浓度飙升，会危害矿区周边人群和生态系统及区域环境。