長白硅藻土綜合開發(fā)利用現狀及前景

王澤民

（吉林大學環(huán)境與資源學院，吉林 長春 130012）

長白硅藻土綜合開發(fā)利用現狀及前景

王澤民

（吉林大學環(huán)境與資源學院，吉林 長春 130012）

本文簡述了對長白硅藻土綜合開發(fā)利用之淺見，其中重點介紹了二級土的提純和三級土在農業(yè)領域的應用。

硅藻土；綜合開發(fā)利用；吉林長白

1 長白硅藻土資源及開發(fā)現狀

1.1 資源簡況

長白硅藻土礦是目前我國發(fā)現的唯一特大型優(yōu)質礦床，硅藻土礦分布在吉林省長白朝鮮族自治縣和臨江市一帶，至2008年已探明資源儲量2億t以上，遠景資源儲量4億t以上。該礦區(qū)礦層頂、底板為玄武巖，馬鞍山組共見礦兩層，礦體保存完好，一層為主礦層，厚度3.45～16.5m，一般9m，礦層中部礦石質優(yōu)為一級土。該礦硅藻以園篩藻和小環(huán)藻為優(yōu)勢種，占90%以上，硅藻顆粒直徑多在3～10μm，比表面積19～20m2/g，一級土容量3.2g/cm3，該礦高中低品位礦石均有，一、二級土儲量約占60%，其余為三級土，長白硅藻土等級劃分標準，見表1[1]。

表1 長白硅藻土等級標準

1.2 開發(fā)利用現狀

20世紀50年代已小規(guī)模開采，用于生產保溫磚等耐火材料，70年代開始研制助濾劑并小批量生產，同時加工催化劑載體材料，進入90年代開發(fā)利用工作日漸活躍，開始小批量生產微孔硅酸鈣制品，生產釩催化劑，研制硅藻土殺蟲劑、改性瀝青等項目，至2010年硅藻土企業(yè)已發(fā)展到31家，其中規(guī)模以上的18家，最具化表性的是硅藻土助濾劑工業(yè)的發(fā)展，現已形成約15萬t/a的生產能力，其中規(guī)模大的有長白縣年產1.5萬t生產線和臨江年產3萬t生產線，可以滿足國內市場的需求并可出口外銷，標致我國硅藻上助濾劑工業(yè)已初步形成，隨著應用的擴大，產品需要標準化。

2 綜合開發(fā)利用

長白硅藻土礦是一座高中低品位齊全的礦床，應當綜合開發(fā)利用，即優(yōu)質優(yōu)用，低質低用，物盡其用，綜合利用。充分利用資源特點，開拓應用領域，生產社會需要的多種產品。

2.1 助濾劑

從硅藻土的結構、性能和幾十年的實用結果來看，在10余種過濾材料中硅藻土助濾劑性能是最好的，消費量也是最大的。以美國為例硅藻土產量近70萬t/a，其中約70%用于生產助濾劑?？梢姽柙逋磷钸m合加工助濾劑產品。

隨著社會發(fā)展和進步對助濾劑的需求會有較大幅度的提升。如在水過濾凈化方面，20世紀50年代美國在紐約州北部的小城市安裝了硅藻土過濾設備，解決城市生活和工業(yè)供水緊張問題，80年代增至125～150套，其中最大設備日濾水量3.75萬m3，通過在小城市的應用實踐為在大中城市應用取得經驗[2-3]。我國目前現狀更需要采取這種辦法解決城市供水緊張的問題。

再如一些發(fā)達國家在開發(fā)第二水資源(中水)方面已進行了多年工作，即將城市生活污水和工業(yè)廢水處理后再深度凈化作為第二水資源重復利用，目前日本這種中水的利用率在73%以上，美國已達100%[4]。

目前我國城市廢水已經進行處理，但深度處理還不多，重復利用率不高。我國是水資源短缺的國家，有些地區(qū)水污染嚴重，據報導我國600個城市有300個缺水(吉林省縣級以上城市45個，其中35個嚴重缺水)，因缺水每年影響產值200多億元，所以開發(fā)第二水資源對國計民生十分重要，是一項很現實的工作。我國已進行城市生活污水和工業(yè)廢水深度處理工藝的研究，并在試驗。助濾劑可在精濾工序發(fā)揮作用。助濾劑可截流細菌和粒徑大于0.1μm的固體微粒，還有一定脫色等作用。

以上供水和廢水的精濾工程需要助濾劑量比較大，要及時掌握信息，主動參與，早介入這方面的試驗工作，力爭及時進入市場。

隨著社會的發(fā)展進步，人民對生活質量要求高了，更關心自身的健康，對食品的要求是“綠色”、無公害、安全，此方面的開發(fā)前景廣闊。石油、化工是一個潛在的市場有待逐步開發(fā)。

2.2 二級土的提純和應用

長白二級土儲量大約占總儲量的30%，高用純度不夠，低用有些可惜，比較好的辦法是將其一部分提純成精土，擴大優(yōu)質土的來源，加工高附加值產品。硅藻土提純有些國家已在進行，美國雖然硅藻土儲量很大，但由于多年開采，優(yōu)質土日漸減少，準備利用低品位礦，通過選礦擴大優(yōu)質土來源，它們采用擦洗重力沉降法和水力旋流法分級提純[5]。巴西某硅藻土礦SiO2含量71.23%(相當長白三級土)，通過擦洗、水力旋流分級提純得到精土，其結果見表2。

表2 提純結果(%)

2.2.1 二級硅藻土的提純

對吉林省長白、臨江、撫松、樺甸和內蒙化德二級硅藻土進行了提純試驗，經兩次打漿擦洗提純均達到一級土指標[6]。采用擦洗、水力旋流法對長白硅藻土礦進行二級土提純試驗，提純精土純度優(yōu)于天然一級土，由于當時認為提純成本高等原因而未采用。實際水力旋流法是比較理想的提純方法，主要是用電和水，水可以回收循環(huán)利用，提純過程不加熱，不用酸、節(jié)能，成本低符合環(huán)保要求。旋流器設備構造簡單、設備費用低、占地面積小、處理能力大，可以得到SiO2＞90%，Fe2O3＜1%的精土。但操作穩(wěn)定性差，進料濃度和流量的變化易影響分級提純效果，因此，應控制好進料濃度和流量。

目前提純土規(guī)模已達到2萬t/a精土，既保護了資源，又延長了礦山的開采壽命，有利于可持續(xù)發(fā)展，利在當代，功在后世。

2.2.2 提純精土的應用

(1) 塑料制品中的應用。

目前我國塑料制品產量1 500萬t/a以上，使用非金屬礦物材料250萬t/a以上，主要用碳酸鈣、滑石粉、云母、高嶺土等[6]。加工的硅藻土主要用途是做低密度聚乙烯薄膜的防結塊劑，并用于粘合劑和聚氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂及硅橡膠中，在酚醛樹脂中填充可提高其耐熱性和電性能。硅藻SiO2顆粒具有一種獨特的性質，即含有30%～40%孤立的亞微非聚結的顆粒，引起研究者的注意，認為這一獨特性質，可使其成為一種真正的填料。

(2) 涂料中的應用。

世界涂料產量2 700萬t/a，非金屬礦物用量700萬t/a，主要用碳酸鈣，滑石粉，高嶺土等，硅藻土用量約5萬t/a。硅藻土做填料主要是用做消光劑，多用于平光乳膠漆，清漆和底漆等。漆種為白色平光醇酸面漆，C60-1鐵紅醇酸底漆和黑色陰極電泳底漆。試用企業(yè)評價：消光效果好，漆膜外觀平整光滑，力學性質符合要求，防沉淀性優(yōu)于高嶺土[7-8]。

硅藻土做涂料填料可提高涂層間粘結力，涂料固含量，涂膜厚度和加快涂膜干燥速度。上述性能是生產“硅藻泥”的基礎，用于內墻涂料，可以調節(jié)室內濕度，吸附細菌，異味，具有環(huán)保功能，這種產品日益受到人們的青睞。含硅藻土填料的涂料還可用于圖書館、檔案館等內墻涂覆，調解濕度。

(3) 做造紙?zhí)盍稀?/p>

目前我國紙和紙板產量約4 300萬t/a，白色礦物填料，顏料用量430萬t/a左右，主要使用高嶺土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石粉等[9]。熔劑煅燒硅藻土可做造紙涂布顏料，可使紙張平整，柔軟光滑，改善紙張的外觀和印刷及書寫性能。硅藻土用于造紙?zhí)盍鲜怯虚_發(fā)前景的。

(4) 做橡膠補強劑。

白炭黑在橡膠中主要做補強劑或改性劑，目前我國白炭黑總產能24.1萬t/a(開工率69.4%，總產能16.7萬t/a)[10]。硅藻土與白炭黑有相似的結構和性能，均屬非晶質SiO2，化學式相同(SiO2·nH2O)，亦具有耐酸、耐高溫及良好的電絕緣性和分散性，可在橡膠等行業(yè)應用。

用長白一級土加工成橡膠補強劑作鞋底膠填料試驗，多次試驗結果表明，拉伸強度、拉斷伸長率等項指標均達到部頒標準，用戶反映比用白炭黑硫化時間短，分散性好，只是磨耗略高，與白炭黑配合使用可降低磨耗，配比1∶1時效果最佳。自制硅藻土橡膠補強劑理化指標見表3。

表3 自制硅藻土橡膠補強劑指標

硅藻土橡膠補強劑的優(yōu)勢是比白炭黑價格低，較低價格白炭黑6500～8 000元/t，硅藻土補強劑售價可在3 500元/t左右，適用于普通橡膠制品(尤其制鞋業(yè))。

2.3 三級土的開發(fā)利用

低品位硅藻土可通過比較簡單的加工生產有開發(fā)前景價格比較低廉的產品。硅藻土的特性是多微孔、體輕、隔熱保溫具有吸附性等。我國已利用硅藻土生產保溫及節(jié)能產品、輕質建材，在農業(yè)、環(huán)境保護領域的應用研究也非常活躍。

(1) 在農業(yè)領域的應用。

一些國家硅藻土主要用于化肥包衣(或添加劑)農藥載體，土壤改良劑，吸附劑、飼料等，也有作殺蟲劑的，化肥包衣用的比較多。丹麥用于肥料和飼料，匈牙利將沸石和硅藻土加工成土壤改良劑，飼料添加劑，墊圈除臭劑等產品。

我國已將硅藻土成功地用于生產化肥包衣(或添加劑)，用硅藻土做載體生產粉劑及粒劑農藥等。做粉劑農藥載體，粒度要細，以免配藥稀釋后噴施時堵噴咀，最好與農藥粒度匹配。

做土壤改良劑國外已應用，據報道在大田施用硅藻土、沸石土壤改良劑可提高N、P、K肥的利用率，施用量可比通常施用量減少20%～30%。因硅藻土和沸石對肥料的吸附起到了保肥作用，提高了肥料的利用率。

由于土壤的類型和所處的生態(tài)環(huán)境不盡相同，改良土壤的工程和措施亦不盡相同。沸石及硅藻土多孔、疏松(沸石具有砂性)，更宜用于土壤物理性狀不良土質(粘、重、硬、板結)。耕性差的土壤改良，較長期施用，土壤物理性狀可得到改善。沸石、硅藻土主要是改善土壤的物理性狀，改土培肥必須同時施用有機肥料，沼渣(生產沼氣的殘渣)是優(yōu)質肥料和土壤改良劑，其中不僅含有有機物質，還含有作物生長發(fā)育所需要的多種活性物質，與沸石、硅藻土配合施用改土培肥效果更好。土壤改良劑可與秸稈還田配合施用、增加土壤中有機質含量，提高地力、促進作物增產。

2008～2010年連續(xù)三年進行了農田實驗，在種植玉米、蕓豆等農田施用沸石、硅藻土等復合土壤改良劑。實驗結果表明土壤改良劑施用量少，主要起保肥作用，施用量多時可起到改土作用，連續(xù)施用5年左右改土效果明顯。

(2) 在環(huán)境保護領域應用。

由于工業(yè)高速發(fā)展和城市化的加速及人口增長造成的環(huán)境污染日益嚴重，所以治理三廢保護環(huán)境已成為當代人類面臨的重大課題之一。隨著人們環(huán)保意識的提高，日常生活中的環(huán)境問題日益受到重視，符合要求的新產品日益受到人們的青睞。

硅藻土可做油污清除劑，處理原油泥渣?？蓪⒂霉柙逋撂幚砗蟮挠湍嘣c煤粉混合制成蜂窩煤做燃料，如運距短、方便、可送至生產輕質保溫磚廠做填料。硅藻土還可以加工廚房用除油垢劑。

用硅藻土作吸附劑處理含油廢水，如：撫順石油一廠含油廢水，含油量0.448 6g/L，用硅藻土0.4g/L處理廢水，去除率達97.37%。

造紙廢水處理；用硅藻土復合凈水劑處理以枝丫材為原料的和以稻草為原料的造紙廢水均達到排放標準[11]；用硅藻土復合凈水劑處理造紙黑液后再經生物化學法處理達到排放標準[12]。

硅藻土經提純、活化處理、粉碎分級、造粒成型后具有較高的活性和選擇性吸附的特性，可用于處理廢水、廢氣及有毒物質。如硅藻土改性處理后用于吸附水中的重金屬離子或有機物[13]。硅藻土應先加工成型，煅燒后再改性處理，以利用后回收處理，多次重復利用，以降低使用成本。

施用硅藻土沸石等土壤改良劑是一項很有效的保護環(huán)境措施，其對化肥農藥有吸附作用、提高了化肥、農藥的利用率，避免其流失污染環(huán)境。如氮肥，作物只吸收正常施用量的30%～50%，其余大多流失，不僅是浪費，又污染環(huán)境。

試驗表明施用土壤改良劑后，化肥可比正常使用量少施20%～30%(作物不減產)，可見施用土壤改良劑不僅對用戶有直接的經濟效益，同時具有良好的社會效益和環(huán)境效益。

(3) 在節(jié)能產品和輕質建材領域應用。

硅藻土用于生產節(jié)能產品和輕質建材早已為人們熟知，云南、浙江、吉林等地早有生產。由于社會和科學技術的發(fā)展，用戶對產品性能的要求越來越高，要求產品容重小、強度高。采用氣泡法降低容重生產出第二代輕質保溫磚的性能指標見表4[14]。

表4 第二代輕質保溫磚性能指標

從表4可以看出，云南產品強度最高、容重最小(0.4g/cm3)，這與硅藻土的特點有關，如云南先鋒礦SiO2含量50%～66%，Al2O3最高含量20.18%(即粘土含量高)可提高產品的強度，燒失量可達30.06%，煅燒時燒掉的有機物起造孔作用，使容重降低，使產品具有強度高、容重低的優(yōu)點。云南開發(fā)的硅藻土輕質砌塊，輕質墻板等列系產品投放市場受到高層建筑業(yè)的歡迎。長白硅藻土雖然粘土含量少，但硅藻含量高，容重小，可適量填加可塑性，粘結性，燒結性好的粘土(二級土提純的付產品)以提高產品強度，同時采用氣泡法降低容重，可以生產出性能好的產品。

硅藻土不僅只生產方磚大板，還可以制做為人們送去溫暖和健康的貼身小產品。如日本用硅藻土加煤粉、鹽和還原鐵混合制成放熱材料，并制成可放入衣袋或鞋內的小型化學加熱器，這種產品適用于寒冷地區(qū)以及某些病人、老年的需要。

3 結語

(1) 根據資源特點逐步實現產品多樣化、系列化、標準化；高新產品(如功能填料等)應做到原料高純化、粒度微細化、表面改性化。加大三級土開發(fā)力度，在前景廣闊的節(jié)能輕質建材、環(huán)境保護和農業(yè)等領域開拓應用，實現資源優(yōu)質優(yōu)用，低質低用，綜合開發(fā)及綜合利用的目標。

(2) 建立創(chuàng)新型的研發(fā)中心和新產品中試基地，開拓新領域，開發(fā)新產品，支撐企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

(3) 國家、省有關部門應給予政策支持，重點支持該地區(qū)低品位硅藻土的開發(fā)利用。三級土在節(jié)能、環(huán)保和農業(yè)等領域的應用具有明顯的社會效益和環(huán)境效益。開發(fā)低品位土企業(yè)經濟效益低，但社會效益及開發(fā)前景廣闊。因此，對類似于開發(fā)土壤改良劑進行農田試驗的研究應給于政策及經費支持。

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Status and Prospects of Diatomite Comprehensive Development and Utilization in Changbai

WANG Ze-min
(School of Envelopment and Resource, Jilin University, Changchun 130012, China)

Recommend on comprehensive utilization of Changbai diatomite, for purification and application of second diatomite,application at agricultural, environmental protection and spare energy field of third diatomite.

diatomite; comprehensive utilization; Jilin Changbai

P619.25；TD985

A

1007-9386(2011)06-0007-04

2010-08-10