我國(guó)硅藻土礦新應(yīng)用及資源保障對(duì)策

李忠水，劉小樓，吳彥嶺

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

1 前言

新材料涉及領(lǐng)域廣泛，一般指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料，或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高和產(chǎn)生新功能的材料，主要包括新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料和先進(jìn)復(fù)合材料，其范圍隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)不斷發(fā)生變化。為突出重點(diǎn)，主要涵蓋以下六大領(lǐng)域：①特種金屬功能材料。具有獨(dú)特的聲、光、電、熱、磁等性能的金屬材料；②高端金屬結(jié)構(gòu)材料。較傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)材料具有更高的強(qiáng)度、韌性和耐高溫、抗腐蝕等性能的金屬材料；③先進(jìn)高分子材料。具有相對(duì)獨(dú)特物理化學(xué)性能、適宜在特殊領(lǐng)域或特定環(huán)境下應(yīng)用的人工合成高分子新材料；④新型無(wú)機(jī)非金屬材料。在傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料基礎(chǔ)上新出現(xiàn)的具有耐磨、耐腐蝕、光電等特殊性能的材料；⑤高性能復(fù)合材料。由兩種或兩種以上異質(zhì)、異型、異性材料(一種作為基體，其他作為增強(qiáng)體)復(fù)合而成的具有特殊功能和結(jié)構(gòu)的新型材料；⑥前沿新材料。當(dāng)前以基礎(chǔ)研究為主，未來(lái)市場(chǎng)前景廣闊，代表新材料科技發(fā)展方向，具有重要引領(lǐng)作用的材料。

硅藻土作為21世紀(jì)最具生態(tài)環(huán)保的不可再生環(huán)境新材料，被譽(yù)為“孕育生命的海底草原”。在未來(lái)的十幾年中，伴隨全球性節(jié)能、環(huán)保要求的提高，以及我國(guó)的工業(yè)發(fā)展、人民生活水平提高和硅藻土產(chǎn)業(yè)自身的技術(shù)進(jìn)步，將為我國(guó)硅藻土產(chǎn)業(yè)帶來(lái)良好的發(fā)展機(jī)會(huì)，對(duì)硅藻土的需求將會(huì)越來(lái)越大，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬。

2 硅藻土礦產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 礦床類(lèi)型及分布

硅藻土礦床的形成與玄武質(zhì)巖漿噴發(fā)有關(guān)，成礦時(shí)代較新，均形成于古近紀(jì)—新近紀(jì)及第四紀(jì)。硅藻土的礦床成因類(lèi)型有三種：

(1)玄武巖建造沉積型硅藻土礦床，陸內(nèi)裂谷玄武巖漿噴發(fā)間歇期，成礦于鄰近的湖盆中。礦層產(chǎn)于玄武質(zhì)火山巖巖系中，長(zhǎng)、寬幾百至幾千米，厚幾米至十幾米。礦石呈白色塊狀、書(shū)冊(cè)狀、微層狀構(gòu)造，生物結(jié)構(gòu)，質(zhì)輕疏松多孔。硅藻土礦床是中國(guó)的主要礦床類(lèi)型，如吉林長(zhǎng)白馬鞍山、山東臨朐解家溝、云南騰沖、浙江嵊州和內(nèi)蒙古土貴烏拉硅藻土礦床。

(2)河湖碎屑建造型沉積硅藻土礦床，二疊紀(jì)玄武巖風(fēng)化為硅藻提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在鄰近的古近紀(jì)—新近紀(jì)湖盆中沉積成礦。礦層產(chǎn)于湖相碎屑堆積中，長(zhǎng)、寬幾百至幾千米，厚幾米至十幾米，但礦石質(zhì)量差，該類(lèi)型礦床主要分布在四川省，如四川米易梁子田硅藻土礦床。

(3)海相沉積硅藻土礦床，產(chǎn)于海相沉積巖系中，礦層常與泥灰?guī)r、白堊或粘土互層，常含磷或海綠石，有的含礦巖系中夾火山巖，礦石質(zhì)量較好，礦層薄，規(guī)模大，我國(guó)未見(jiàn)此類(lèi)型礦床。

2.2 資源儲(chǔ)量

(1)國(guó)外硅藻土資源概況。

硅藻土在世界上分布廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約122個(gè)國(guó)家或地區(qū)存在硅藻土資源，截至2010年底初步估計(jì)儲(chǔ)量為9.2億t。其中，美國(guó)是世界上硅藻土儲(chǔ)量最多的國(guó)家，儲(chǔ)量為2.5億t；其次分別為中國(guó)(1.03億t)、捷克(450萬(wàn)t)和秘魯(200萬(wàn)t)。

(2)國(guó)內(nèi)硅藻土資源概況。

截止到2010年底，我國(guó)共有硅藻土礦產(chǎn)地66處，報(bào)資源儲(chǔ)量4.32億t。我國(guó)的硅藻土資源分布極不平衡，吉林省硅藻土查明資源儲(chǔ)量為3.04億t，占全國(guó)的70.51%；云南0.06億t，占1.32%；浙江0.43億t，占9.93%；河北0.28億t，占6.48%；廣東0.19億t，占4.44%；四川0.14億t，占3.14%；內(nèi)蒙古0.13億t，占3.03%。

2.3 優(yōu)質(zhì)礦床

世界硅藻土資源分布廣泛，但是可供直接開(kāi)發(fā)的、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的礦床很有限。目前，全球僅有兩處礦床可以不經(jīng)選礦直接加工生產(chǎn)硅藻土助濾劑，一處是美國(guó)加利福尼亞州的羅姆波克礦床，另一處是我國(guó)吉林省白山地區(qū)的硅藻土礦床。

3 物化性能及開(kāi)發(fā)利用

3.1 礦物學(xué)及物理化學(xué)性能

純凈的硅藻土呈白色、土狀,含雜質(zhì)時(shí)則呈灰白、黃、灰、綠以至黑色，一般輕質(zhì)多孔，層理或紋理發(fā)育，硬度1～1.5，但硅藻骨架達(dá)4.5～5，密度1.9～2.3g/cm3，干燥時(shí)體積質(zhì)量(體重)0.25～1.0g/cm3，軟化溫度1400～1600℃，熔點(diǎn)1610～1750℃，除氫氟酸外不溶于其他酸類(lèi)，易溶于堿。它具有獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高、比表面積大、隔熱、耐火性好、吸附性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好。

硅藻大部分生于淡水，少部分生于海水，還有過(guò)渡的半咸水硅藻。硅藻土是硅藻殼的沉積物。硅藻土的性質(zhì)受硅藻種屬及其所含雜質(zhì)的種類(lèi)、數(shù)量的影響。

硅藻根據(jù)其殼片的大小、形態(tài)和孔結(jié)構(gòu)等特征，可細(xì)分為多個(gè)種屬，不同種屬組成的硅藻土與開(kāi)發(fā)利用的優(yōu)選方向有一定的關(guān)系。

中心目硅藻：殼面呈圓形、橢圓形、三角形、五角形、六角形等；殼面生的微孔或紋飾具有點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，自中心呈同心狀或輻射狀排列，有的呈蛛網(wǎng)狀；沒(méi)有縱溝和羽紋構(gòu)造，多數(shù)只具一級(jí)孔結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的有圓篩藻、小環(huán)藻、冠盤(pán)藻、蛛網(wǎng)藻、直鏈藻等。

羽紋目硅藻：殼面呈舟形、楔形、棒形、堤形等；殼面的中央自上而下有一條十分明顯的溝縫，微孔或表面紋飾以溝縫為對(duì)稱(chēng)軸具有左右對(duì)稱(chēng)或近似對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，多數(shù)具有二級(jí)孔和三級(jí)孔結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的有脆桿藻、舟形藻、月形藻、橋穹藻等。

我國(guó)的硅藻土主要分布在吉林、云南、浙江、四川和內(nèi)蒙等地，因各地硅藻土的化學(xué)成分組成、硅藻屬種等不同，導(dǎo)致其理化性能特點(diǎn)等也各不相同[1]。

3.2 開(kāi)發(fā)應(yīng)用及發(fā)展方向

3.2.1 應(yīng)用領(lǐng)域

硅藻土廣泛用于化工、輕工、建材等領(lǐng)域，其主要用途如下：

(1)利用硅藻土的絕熱、隔音的性能可用作水泥的輕質(zhì)混合材、輕質(zhì)建筑磚、防火建筑材料和輕骨料。

(2)利用其顯微孔隙及吸咐性能在制糖、釀酒及其他食品工業(yè)和煉油工業(yè)中用作液體過(guò)濾劑和漂白材料

(3)在涂料、造紙、塑料、油漆、橡膠、殺蟲(chóng)劑等工業(yè)中用作吸咐劑、增強(qiáng)劑和填充劑。

(4)在環(huán)境保護(hù)上用作污水凈化材料。

(5)硅藻土熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、耐酸，故制成隔熱磚和耐火石灰可廣泛地用于各類(lèi)窯業(yè)。

(6)用作催化劑載體。

(7)用作土壤調(diào)節(jié)劑以增強(qiáng)土壤保水保肥透氣能力。

(8)硅藻土與含炭物質(zhì)、鹽水等混合可制成便于攜帶的固體燃料。

(9)用作防結(jié)塊劑、火柴頭和電焊條及水玻璃原料，柔性磨料(拋光劑)和陶瓷原料，炸藥穩(wěn)定劑和飼料添加劑。

(10)用以制造用于生產(chǎn)光學(xué)玻璃的模具(瓷盒)。(11)用于生產(chǎn)釩觸媒載體。

(12)利用其多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能粒子組裝，如組裝具有光催化性能的TiO2顆粒，制成具有吸附、光催化、微生物降解性能的有機(jī)污染物降解材料，成本低廉，且無(wú)二次污染。

此外，劣質(zhì)硅藻土(粘土質(zhì)硅藻土、含硅藻粘土、硅質(zhì)頁(yè)巖)可用來(lái)燒制陶粒。含硅藻粘土(巖)、硅質(zhì)頁(yè)巖可用作水泥硅質(zhì)校正原料，也有用來(lái)作酒類(lèi)過(guò)濾劑與輕質(zhì)保溫材料的。

目前硅藻土用途結(jié)構(gòu)基本未變：助濾劑占68%、吸附劑占14%、填料占12%、水泥生產(chǎn)等其他方面的消費(fèi)占6%。美國(guó)是世界上消費(fèi)硅藻土最多的國(guó)家，其硅藻土消費(fèi)中，助濾劑占55%、水泥生產(chǎn)占23%、吸附劑占10%、填料占9%、絕熱材料占2%。除美國(guó)外，其他消費(fèi)國(guó)主要有法國(guó)、德國(guó)、丹麥、日本和俄羅斯等，都是傳統(tǒng)應(yīng)用占主導(dǎo)地位[2]。

3.2.2 發(fā)展方向

在化工領(lǐng)域，以硅藻土為原料或基材合成組裝新型多孔材料，開(kāi)發(fā)新型催化劑是提高產(chǎn)率和分離效果的必要手段，還需進(jìn)一步加強(qiáng)和探索。由納米、亞微米、微米、毫米孔徑組成的多孔玻璃材料，在醫(yī)療分析、生物工程、石油化工、建筑、軍工等領(lǐng)域其作用也是非常大。

隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)心居室環(huán)境，在這一方面硅藻土更是大有可為。從國(guó)外的發(fā)展情況來(lái)看，利用硅藻土生產(chǎn)的新型瓷磚、陶瓷、涂料、吸附材料及輕型建材日新月異，而我國(guó)還處于起步階段，其潛在市場(chǎng)是十分巨大的。

在環(huán)境污染治理方面，硅藻土成膜應(yīng)用技術(shù)近年來(lái)也受到了廣泛關(guān)注，多種硅藻土分離膜相繼開(kāi)發(fā)，硅藻土凈化處理技術(shù)也日趨完善，現(xiàn)在重要的是將其積極應(yīng)用在環(huán)保中。

在農(nóng)業(yè)方面我國(guó)在國(guó)家“十五”糧食行業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃中明確提出了利用硅藻土防治儲(chǔ)糧蟲(chóng)害技術(shù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。如果在農(nóng)業(yè)上普遍推廣，不僅節(jié)約大量糧食，也為我國(guó)水土保持、生態(tài)恢復(fù)和改良起到不可小視的作用。相信在不久的將來(lái)，我國(guó)的硅藻土應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃郊訉拸V，發(fā)展前景必將更加廣闊。

中國(guó)硅藻土資源優(yōu)勢(shì)顯著，隨著全球性節(jié)能、環(huán)保要求的提高以及中國(guó)工業(yè)的發(fā)展、人民生活水平的提高和硅藻土產(chǎn)業(yè)自身的技術(shù)進(jìn)步，中國(guó)硅藻土的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必將發(fā)生重大變化，其產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)發(fā)展方向主要在以下五大方面：①主流型產(chǎn)品，高質(zhì)量的硅藻土助濾劑；②高效型產(chǎn)品，功能性填料和復(fù)合材料；③節(jié)能型產(chǎn)品，中高檔保溫隔熱材料；④環(huán)保型產(chǎn)品，水處理劑和吸附劑；⑤潛力型產(chǎn)品，原土提純系列。

4 存在的問(wèn)題及對(duì)策建議

4.1 存在的問(wèn)題

我國(guó)硅藻土資源豐富，是亞洲最大的硅藻土產(chǎn)業(yè)基地，而且該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了當(dāng)?shù)卣拇罅χС?。同時(shí)，國(guó)家把節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展作為國(guó)家的根本國(guó)策，大力鼓勵(lì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)和材料的發(fā)展，這有利于硅藻土凈水劑、保溫磚、新型健康硅藻土涂料等行業(yè)的發(fā)展，從而拉動(dòng)硅藻土市場(chǎng)需求增加。另外，國(guó)家對(duì)硅藻土出口實(shí)行免稅，適當(dāng)鼓勵(lì)出口。但是該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也存在一些問(wèn)題：

(1)我國(guó)硅藻土資源豐富，但分布不均，優(yōu)質(zhì)硅藻土集中于吉林省白山地區(qū)，且查明資源儲(chǔ)量較少；我國(guó)硅藻土開(kāi)采已有70多年歷史，因年頭較久，礦山數(shù)量多，開(kāi)采混亂，迄今尚未開(kāi)展過(guò)硅藻土礦種的現(xiàn)狀利用調(diào)查工作，其實(shí)際開(kāi)采現(xiàn)狀和保有資源儲(chǔ)量不清。

(2)云南、浙江、四川、廣東和內(nèi)蒙等地區(qū)的硅藻土儲(chǔ)量雖豐富，但其品質(zhì)差，且開(kāi)采、選礦方式及加工手段落后，產(chǎn)品附加值很低，對(duì)環(huán)境造成了較大的影響，在當(dāng)?shù)匾?guī)劃中已確定將逐步取消開(kāi)采礦山并將硅藻土礦區(qū)(勘查區(qū))劃為風(fēng)景保護(hù)區(qū)、有色金屬勘查區(qū)。

(3)現(xiàn)有硅藻土主要產(chǎn)品的創(chuàng)新能力不足，產(chǎn)品的精細(xì)程度較低，加工技術(shù)研發(fā)和專(zhuān)業(yè)設(shè)備研發(fā)與制造能力相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距。

4.2 對(duì)策建議

為滿(mǎn)足我國(guó)新材料對(duì)硅藻土的需求，工業(yè)要實(shí)現(xiàn)升級(jí)，必須加強(qiáng)硅藻土勘查工作，保障硅藻土資源，同時(shí)改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高技術(shù)和工藝水平，這是產(chǎn)業(yè)振興的根本出路。

隨著中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，硅藻土產(chǎn)品尤其是其新材料產(chǎn)品需求前景廣闊，今后10～20年硅藻土產(chǎn)業(yè)將蓬勃發(fā)展。因此，未來(lái)5～10年也是中國(guó)發(fā)展壯大硅藻土產(chǎn)業(yè)的重大機(jī)遇期。為此，特提出如下發(fā)展硅藻土產(chǎn)業(yè)的對(duì)策和建議：

(1)加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)硅藻土資源勘查。

我國(guó)多個(gè)省份具備硅藻土成礦地質(zhì)條件，其中尤屬吉林省白山地區(qū)硅藻土成礦地質(zhì)條件最為優(yōu)越，且礦石品質(zhì)高，可供進(jìn)一步工作的成礦遠(yuǎn)景區(qū)范圍廣闊，硅藻土資源潛力巨大。

首先，可開(kāi)展硅藻土資源利用現(xiàn)狀調(diào)查工作，以查清硅藻土資源利用現(xiàn)狀及保有資源儲(chǔ)量情況；在摸清家底的基礎(chǔ)上，以大規(guī)模找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)為契機(jī)，有針對(duì)性的加強(qiáng)硅吉林省白山地區(qū)藻土資源勘查。圍繞有望形成大型—特大型后備資源基地的礦集區(qū)實(shí)施整裝勘查，增加優(yōu)質(zhì)硅藻土資源儲(chǔ)備，形成一批資源戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)，奠定行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固我國(guó)硅藻土資源優(yōu)勢(shì)地位，保障中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)硅藻土資源的需求。

(2)加強(qiáng)硅藻土資源保護(hù)和開(kāi)采管理。

硅藻土是我國(guó)優(yōu)勢(shì)礦種，對(duì)硅藻土應(yīng)實(shí)行合理開(kāi)采，加強(qiáng)出口管理，調(diào)節(jié)市場(chǎng)供求關(guān)系，調(diào)控原料出口，促進(jìn)資源合理與可持續(xù)利用。

(3)加強(qiáng)硅藻土礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用結(jié)構(gòu)調(diào)整。

推進(jìn)硅藻土礦產(chǎn)資源規(guī)模化開(kāi)采。礦山開(kāi)采規(guī)模與資源儲(chǔ)量規(guī)模相適應(yīng)。設(shè)立礦山最低開(kāi)采規(guī)模準(zhǔn)入條件。鼓勵(lì)中小礦山企業(yè)按照市場(chǎng)規(guī)則，實(shí)施兼并重組，促進(jìn)硅藻土企業(yè)集中化、規(guī)模化、集群化發(fā)展。

(4)加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與科技創(chuàng)新。

政府統(tǒng)籌安排，政策傾向，強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研攻關(guān),延伸產(chǎn)業(yè)鏈條。重點(diǎn)圍繞硅藻土選礦、加工、提純關(guān)鍵性的核心技術(shù)研發(fā)，核心設(shè)備研制，細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用研究，通過(guò)技術(shù)研發(fā)與科技創(chuàng)新，精細(xì)加工，產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高產(chǎn)品科技含量和附加值，建立長(zhǎng)長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈，打造核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)由硅藻土生產(chǎn)大國(guó)到硅藻土強(qiáng)國(guó)的新跨越。

(5)加強(qiáng)自主品牌建設(shè)，加強(qiáng)硅藻土生產(chǎn)企業(yè)與終端用戶(hù)鏈接。

我國(guó)硅藻土生產(chǎn)企業(yè)眾多，品牌眾多，加強(qiáng)重點(diǎn)企業(yè)自主品牌宣傳力度，擴(kuò)大自主品牌國(guó)內(nèi)與國(guó)際知名度，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)外用戶(hù)對(duì)自主品牌的認(rèn)知度，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]邵厥年,陶維屏.礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)[M].北京:地質(zhì)出版社,2010.

[2]國(guó)土資源部信息中心.世界礦產(chǎn)資源年評(píng)(2009-2010)[M].北京:地質(zhì)出版社,2011.