吉林敦化地區(qū)硅藻土礦石加工與應(yīng)用研究

馬 晶，馬 雪，王一楠

（1.吉林東北亞國際工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，吉林 長春 130000；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033；3.吉林省第一地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長春 130031）

硅藻土俗稱山粉、化石粉或放射蟲粉，是一種重要的高效非金屬礦產(chǎn)，具有孔隙度大，吸附力強等諸多優(yōu)點，在建材、輕工、化工、石油、食品及環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。硅藻土是以生物沉積為主、機械沉積為輔的內(nèi)陸盆地淡水湖泊相沉積礦床，在世界上分布廣泛，我國吉林長白—臨江的馬鞍山、西大坡、六道溝、十七道溝一帶，即是少有的世界級硅藻土礦床富集地，已查明儲量的硅藻土礦產(chǎn)地有16處，探明優(yōu)質(zhì)硅藻土儲量1.96億t，遠(yuǎn)景儲量4.8億t。而在我國的郊河、敦化、撫松、和龍一帶則分布著大面積的低品級硅藻土礦藏，分布面積2 000km2。吉林省敦化地區(qū)已累計查明資源儲量1.1億t。通過本地區(qū)硅藻土礦石的加工應(yīng)用研究，對指導(dǎo)吉林省郊河、敦化等地區(qū)低品級硅藻土礦石的加工應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 資源概況

本區(qū)所處大地構(gòu)造位置是天山—興安地槽褶皺區(qū)(Ⅰ)吉黑褶皺系(亞Ⅰ)吉林優(yōu)地槽褶皺帶(Ⅱ)敦化隆起(Ⅲ)中西部。地層區(qū)劃屬濱太平洋地層大區(qū)，雞西—延吉地層分區(qū)，延吉—琿春小區(qū)。受敦化—密山斷裂構(gòu)造控制的新生代斷陷盆地為本區(qū)含礦地層新生界新近系中新統(tǒng)土門子組(N1t)的沉積提供了有利場所，盆地基底為晚三疊系—二疊紀(jì)吉祥單元中粗粒二長花崗巖，其上為新生代新近紀(jì)中新世土門子組碎屑沉積、生物沉積、火山噴發(fā)沉積建造，主要由砂巖、硅藻土、含硅藻粘土及玄武巖組成，硅藻土礦層即賦存于土門子組地層之中，硅藻土資源分布廣泛。

2 礦石質(zhì)量

礦石呈灰白—灰色，泥質(zhì)生物結(jié)構(gòu)，微層狀、塊狀構(gòu)造，以塊狀構(gòu)造為主。主要礦物組分由硅藻、高嶺石、長石、石英、云母、菱鐵礦等礦物組成。硅藻成分為蛋白石，非晶質(zhì)，種屬以直鏈藻(圖1)為主，其次為輪盤藻，少量直桿藻，硅藻含量最高73.70%，最低47.60%。高嶺石含量12.40%～25.50%，云母含量2.40%～7.30%，石英含量13.10%～28.20%，長石含量18.20%～38.9%，菱鐵礦含量0.90%～4.10%。

圖1 直鏈藻鏡下特征

硅藻粘土各礦物組分X-射線衍射物相分析結(jié)果見表1。

礦石化學(xué)成分主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、LOI組成，礦石中主要有益組分為SiO2，有害組分為Al2O3、Fe2O3、CaO、LOI。SiO2含量55.00%～74.97%；礦石有害組分Al2O3含量12.74%～21.84%，F(xiàn)e2O3含量2.16%～9.75%，CaO含量0.63%～1.63%，LOI含量1.35%～9.25%。礦石物性特征見表2。

表1 硅藻粘土礦石物相分析結(jié)果 (單位：%)

表2 硅藻粘土礦石物性特征

3 礦石加工與應(yīng)用研究

3.1 試驗產(chǎn)品

試驗產(chǎn)品名稱為光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強板，由基板和涂敷在基板表面上的光觸媒層構(gòu)成，基板的成分為：硅藻土50%、生石灰10%、水泥20%、增強纖維20%，光觸媒層的成分和質(zhì)量百分比為：石墨相氮化碳5%、表面活性劑5%、粘合劑3%，余量為水。增強纖維為草槳，石墨相氮化碳的粒度為5μm，表面活性劑為聚乙二醇，粘合劑為108膠。

3.2 試驗產(chǎn)品制備

(1) 制備料漿：按照試驗產(chǎn)品配方，在逆流式攪拌機中先加入水，再放入纖維，邊攪拌邊投放硅藻土、生石灰、水泥，攪拌10～15min，料漿的質(zhì)量濃度為18%～22%，得到的料漿用渣漿泵輸入貯漿機。

(2) 制板：貯漿機內(nèi)的料漿通過渣漿泵送入預(yù)攪拌罐，啟動流漿箱刷平輥、擋漿輥，預(yù)攪拌罐將漿料鋪在毛布上。毛布上鋪的料漿層脫水后，經(jīng)過成型筒與胸輥擠壓，在成型筒上纏繞成坯，當(dāng)成型筒表面板坯成型達(dá)到所需的厚度時，切斷成型筒上的環(huán)形板坯料，由接坯機將整張板坯帶出。

(3) 養(yǎng)護(hù)：將板坯在養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，窯內(nèi)溫度不超過50～60℃，冬季養(yǎng)護(hù)時間不低于15h，夏季不低于12h。

(4) 蒸壓：將經(jīng)養(yǎng)護(hù)后脫模的養(yǎng)護(hù)板裝入蒸壓釜中進(jìn)行蒸壓，蒸壓溫度為195℃，升壓4h至1.0MPa，恒壓14h，再降壓4h至常壓。

(5) 干燥：將蒸壓后的板坯放入烘干機內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干機內(nèi)溫度為110～140℃，壓力為0.8MPa以上，開啟輸送輥臺進(jìn)行送板，不同厚度板材需調(diào)整變頻器相應(yīng)頻率控制主傳動速度，不同厚度板材在烘干機內(nèi)干燥時間不同。5～8mm板材主傳動頻率應(yīng)為29Hz，干燥時間為80min。

(6) 磨邊倒角(鋸邊)：對干燥后的板材磨邊倒角，長度為2 440±3mm，寬度為1 220±3mm，對角線長度為2 728±1mm。其厚度誤差分別如下：砂光板±0.5mm、單面砂光板±0.4mm、雙面砂光板±0.3mm。

外觀質(zhì)量要求為：正表面不得有裂紋、分層、脫皮、起泡，砂光面不得有未砂部分；背面砂光板未砂面積小于總面積的5%；掉角長度方向≤20mm，寬度方向≤10mm，且一張板≤1個；掉邊深度≤5mm。

(7) 砂光：用砂光機對磨邊倒角厚的板材進(jìn)行砂光，得到基板。

(8) 光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強板的制作：按配比將石墨相氮化碳、表面活性劑、粘合劑和水混合均勻，制成水基石墨相氮化碳懸浮液。將石墨相氮化碳懸浮液涂敷在基板的表面形成水基膜，即得到光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強板。優(yōu)選石墨相氮化碳基膜的厚度為0.2mm。

3.3 試驗產(chǎn)品測試

試驗制備的光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強板產(chǎn)品，經(jīng)國家建筑材料測試中心檢驗檢測，各項技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果見表3。

表3 光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強板檢驗檢測表

檢驗檢測標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)JT/T564.1-2008《纖維增強硅酸鈣板第1部分：無石棉硅酸鈣板》；GB8624-1997《建筑材料燃燒性能分級方法》；GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》；JT/T1074-2008《室內(nèi)空氣凈化功能涂覆材料凈化性能》。

從表3可以看出：本試驗制備的光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強板，經(jīng)檢測濕漲率0.17%，低于標(biāo)準(zhǔn)值32%；抗折強度13.3MPa，高出標(biāo)準(zhǔn)值23%；縱橫強度比高出標(biāo)準(zhǔn)值19%；導(dǎo)熱系數(shù)0.13W/(m·k)，低于標(biāo)準(zhǔn)值48%；甲醛凈化性能達(dá)到90%；甲醛凈化效果持久性達(dá)到79%；SO2凈化效率81%，NO2凈化效率95.1%，CO2凈化效率84.2%。

3.4 試驗產(chǎn)品性能

光觸媒硅藻泥輕質(zhì)高強板板是一種集功能性、環(huán)保性、藝術(shù)性于一體的新型健康環(huán)保的裝飾材料。具有清除甲醛等有害成分的功能，具有呼吸調(diào)濕的功能。產(chǎn)品使用壽命超長達(dá)30年以上。

墻面具有自潔功能，不吸附灰塵；吸音降噪、阻隔音量；隔熱節(jié)能；防火阻燃；色彩柔和，不易使眼睛疲勞。

4 結(jié)語

通過本產(chǎn)品試驗測試與研究，為吉林省敦化地區(qū)低品級硅藻土的加工與應(yīng)用方向及新型建筑材料的發(fā)展提供了理論指導(dǎo)，為促進(jìn)我國新型結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展提供了新的領(lǐng)域。