硅 藻 土 提 纯 的 研 究
（吉林省临江市美诗顿粉体材料有限公司 刘 伯 田 吉林 临江134600）
摘 要：作者通过大量查阅近年国内发表的硅藻土提纯方面的文献，利用硅藻土的物理性质、化学性质和物理化学性质上的差异将硅藻土提纯方法分为物理、化学和物理化学综合法。
关键词 硅藻土； 提纯； 物理； 化学； 综合
硅藻土是生物成因的硅质沉积岩，是一种非常重要的非金属矿物，具有轻质、化学性质稳定、比表面积大、孔隙率高、隔音、隔热、耐磨、耐酸、吸附性强、熔点高等特点，已被广泛应用于轻工、化工、建材、医药、石油等许多工业领域。 我国硅藻土常伴生有粘土、碎屑和有机质等【1】，影响了硅藻土的品质。虽然我国硅藻土矿产资源丰富，已探明储量近4亿t，远景储量20亿t以上，但优质硅藻土较少，特别是一些高附加值的应用领域需要较高质量的硅藻土。因此，大力进行硅藻土提纯研究，保证硅藻土工业可持续的发展，具有重要的现实意义。
硅藻土提纯方法主要分为：物理、化学和物理化学综合法。
1、物理提纯
物理提纯方法是利用硅藻土和共、伴生矿物物理性质或物理化学性质上的差异来实现矿物的分离与提纯。
1.1擦洗法提纯【2】
擦洗提纯是在不破坏硅藻壳的前提下将硅藻土原料颗粒打细，使固结在硅藻壳上的粘土等矿物杂质脱离。硅藻土中含铁矿物、石英泥、砂颗粒大，沉降快可先分离出，而粘土杂质蒙脱石经搅拌擦洗分散成细小的颗粒，并带有相同的负电荷，彼此同性相斥，所以具有良好的悬浮性和分散性。同时在料浆中加入适量的分散剂强化其悬浮性和分散性，蒙脱石不易沉淀，硅藻土的粒子在料浆中的沉降速度要比蒙脱石的粒子快的多，以此将蒙脱石为主的悬浮液分离出，即可得以硅藻土为主的硅藻精土。
经过对长白、临江Ⅱ级硅藻土3次擦洗提纯，SiO2提高到了85%以上，Al2O3和Fe2O3也分别降至6%和2%以下。提纯后的硅藻土指标达到了Ⅰ级土的标准。（结果见表1）擦洗可去除硅藻壳体外面的杂质，但对xx硅藻微孔内的杂质作用不大。擦洗法提纯硅藻土工艺简单，设备投资少，易于实现工业化生产，但占地面积较大，用水量大，生产周期较长，硅藻精土烘干耗能也较大。
表1长白、临江Ⅱ级硅藻土擦洗提纯结果
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产 地 |
样号 |
样 品 |
原料用量（kg） |
收率（%） |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
|
长 白 |
原 土 |
|
|
80.04 |
7.88 |
3.02 |
0.42 |
|
|
1 |
三次擦洗 |
2 |
47.83 |
87.81 |
4.90 |
1.14 |
0.34 |
|
|
2 |
2 |
57.77 |
86.73 |
5.6 |
1.25 |
0.40 |
||
|
3 |
提纯精土 |
2 |
48.16 |
87.59 |
5.08 |
1.11 |
0.38 |
|
|
4 |
2 |
54.62 |
85.65 |
4.85 |
1.37 |
0.40 |
||
|
临 江 |
原 土 |
|
|
79.57 |
7.72 |
2.92 |
0.49 |
|
|
1 |
三次擦洗 |
2 |
52.66 |
86.52 |
5.08 |
1.29 |
0.43 |
|
|
2 |
2 |
47.58 |
87.13 |
5.02 |
1.25 |
0.42 |
||
|
3 |
提纯精土 |
2 |
55.83 |
86.20 |
4.93 |
1.31 |
0.42 |
|
|
4 |
2 |
51.03 |
87.04 |
5.04 |
1.18 |
0.31 |
||
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Ⅰ级土指标 |
|
|
≥85 |
≤6 |
≤2 |
≤0.8 |
||
1.2热浮选法【3】
吉林桦甸硅藻土中Al2O3、、Fe2O3等杂质含量较高，为二、三级土，杂质矿物成分主要为石英、长石、蒙脱石、伊利石和高岭石。该矿采用热浮选法提纯硅藻土是将原矿干燥后粉碎至60目，然后加水，加热至70～80℃闷浸，搅拌，擦洗后，静置沉降，待粗颗粒物和细砂沉降后，吸出最上层浆液，转移到尾矿池中；将中间层的悬浮液转入储浆池中；最下层沉渣部分转入到尾矿池中。储浆池中的浆液经减压过滤、烘干，得到精土。尾矿池中的粗砂及粗土可用于生产建筑材料，悬浮土可用于生产保温隔热材料。（精选效果见表2）
表2热浮选矿法精选的效果（%）
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方 法 |
样 品 |
土 种 |
成 分（%） |
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SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
|||
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热浮选法
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Ⅰ |
原 土 |
75.88 |
9.47 |
3.44 |
|
精 土 |
79.60 |
8.70 |
2.92 |
||
|
Ⅱ |
原 土 |
71.86 |
12.63 |
3.55 |
|
|
精 土 |
77.40 |
8.40 |
2.84 |
||
|
Ⅲ |
原 土 |
73.92 |
11.99 |
3.12 |
|
|
精 土 |
81.20 |
7.90 |
2.90 |
||
|
Ⅳ |
原 土 |
67.90 |
13.48 |
4.57 |
|
|
精 土 |
79.50 |
9.80 |
2.80 |
||
1.3离旋一选择性絮凝法【4】
这种提纯方法，经在云南腾冲中品位硅藻土的提纯上使用，效果很理想，通过离旋，可除去粗的碎屑矿物，然后加入选择性絮凝剂，使微粒状粘土矿物，絮凝为较粗的团块，从而使硅藻壳与粘土矿物分离。用这种方法处理的云南腾冲团田硅藻土，效果相当好，见表3。该法生产工艺简单，投资少，成本低。
表3 离旋-选择性絮凝法的精选效果(％)
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土 种 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 回收率（%）
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原 土 75．77 17．13 4．63 0．59 1．46 精 土 86．80 8．39 1．28 0．26 0．28 27．0
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1.4干法重力层析分离法 【5】 该法的原理是利用硅藻土中碎屑矿物、粘土矿物和硅藻壳比重的差异，通过超声波振动和旋风分离，将碎屑矿物与粘土矿物和硅藻壳分离，从而达到提纯的目的，因此要精选的硅藻土， 含水量要小于5％，粒度要小于80目，Si02不低于70％。用这种方法提纯的硅藻土，Al203和Fe203降低的幅度可与酸浸法媲美， 见表4。 表4 干法重力层析分离法的精选效果（%）
2、化学提纯 硅藻土不同矿物的化学性质上存在差异，采用化学方法或化学与物理相结合来实现矿物的分离与提纯。化学提纯主要包括焙烧和酸浸。 2.1酸浸法 酸浸是酸与硅藻土中粘土等杂质反应生成可溶性盐后经过滤、洗涤、干燥达到提纯的目的。硅藻土酸浸提纯普遍使用盐酸和硫酸，将一定浓度的盐酸或硫酸与原土按照一定的液固比例混合搅拌均匀，在适宜的温度下反应一定时间，使硅藻土中的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等粘土杂质与酸反应生成可溶性盐类，然后经压滤、洗涤、干燥，即得优质纯硅藻土。试验已经证明，盐酸和硫酸的酸浸效果相近。如果用于钒催化剂载体的精土提纯，必须用硫酸，防止带入氯离子，其他用途可以用盐酸。【6】根据不同矿石特点和精土的用途要经过实验来确定酸处理的浓度、用酸量、酸处理液固比、酸处理温度、酸处理时间。 硅藻土经酸浸精选后，使堵塞在硅藻体微孔内的粘土杂质及硅藻体内部的可溶性金属氧化物被大量除去，使硅藻土堆密度变小，比表面积和孔容等增大，微孔结构得到明显改善，可以满足一些高附加值应用领域对硅藻土较高质量的要求。但是酸浸提纯的缺点是用酸量和洗涤用水量比较大，成本较高，并且提纯工艺中产生大量的废酸液。在废酸综合利用方面做的研究表明，通过高浓度废酸补新酸后循环利用一次，循环利用一次的废酸经浓缩结晶分离出大部分硫酸铝和硫酸铁后，适当稀释再补充新酸，可用于生产硫酸钙和硫酸钠，而硫酸铝和硫酸铁可生产硅藻土水净化剂。【7】 2.2焙烧法 焙烧是在适宜的温度条件下，去除硅藻土中的有机质和结构水。焙烧提纯硅藻土是一种简便、经济、有效的提纯方法。尤其对高烧失量型硅藻土进行了焙烧提纯试验，效果{jj0}。云南先锋高烧失量型硅藻土，通过600～800℃煅烧，SiO2含量由49.83%提高到64.84%，提高了15.01个百分点【8】，结果见表5 表5焙烧法的提纯效果（%）
3. 物理化学综合提纯法 3.1微波作用下提纯法[9] 微波是一种波长很短的电磁波，具有内外同时加热和选择性加热等特性，加热效率高，可xx传统加热的“冷中心”的问题，在工业、农业、医学以及家庭等领域正逐步得到应用【9～12】。许多试验研究结果表明微波作用可以加快化学反应【10～13】。 研究部门专门研究了微波作用下硅藻土的提纯过程。根据热力学理论研究了微波加快化学反应速率的机理，研究了微波作用下硅藻土提纯的影响因素和工艺条件，研究结果表明：随着浸出时间的延长，微波功率的增加，硫酸浓度的加大，硅藻土中的 Fe203含量减少，Fe203浸出率增加。采用擦洗碎解分散-分级除杂-微波酸浸除铁工艺，可以获得成分上xx合格的助滤剂产品。主要提纯工艺如下： 擦洗碎解分散—分级除杂—微波酸浸除铁 3.2 焙烧和酸浸法【14】 洛阳理工学院材料工程系王利剑博士等人采用焙烧和酸浸法对硅藻土进行了提纯处理，探索出了硅藻土提纯的{zj0}工艺参数。扫描电镜分析显示实验制备的硅藻精土内部微孔孔道得到了较好的疏通．化学分析表明硅藻精土中SiO2品位达90％以上．各项指标已达到国家一级硅藻土标准。提纯工艺如下： 原硅藻土一煅烧一冷却一酸处理一稀释一过滤一洗涤一干燥一精硅藻土。 其他物理化学综合提纯法还有很多，如：四川米易硅藻土，曾采用过擦洗一沉降一强磁选一酸浸一焙烧和捣浆一沉降一酸浸一焙烧的方法，效果很好。，酸浸法经过几十年的发展，方法可靠，工艺成熟，用途广泛。随着科学技术的不断向前发展硅藻土提纯又发展了酸浸法与重选、磁选、热浮选、擦洗、等各种提纯方法的新结合。 4 讨 论 （1）上述8种硅藻土提纯方法，是目前我国已经应用的硅藻土提纯方法和{zx1}科研成果，提纯效果都比较理想。但由于硅藻土原矿性质上存在差异，选矿方法和工艺参数又存在差异，精选的硅藻精土的质量也不相同。精选硅藻土方法要考虑以下原则：一要考虑原土的物理和化学性质；二要考虑硅藻精土的用途。例如先锋硅藻土的酸法提纯是专门为生产钒催化剂而设计的，虽然SiO2含量不高但能满足用途要求。所以硅藻土提纯主要目的是尽量简化生产工艺，满足产品应用要求，求得{zh0}的经济效益。 （2）虽然酸洗法已应用近60年，工艺成熟，方法可靠，产品质量高，用途也很广泛，是生产精细化工产品的主要方法。但是酸浸提纯的缺点是用酸量和洗涤用水量比较大，成本较高，并且提纯工艺中产生大量的废酸液。对于生产普通型的产品如助滤剂、质量要求不高的功能性填料不适用。研究结果表明，中低品位硅藻土矿物的主要杂质是粘土矿物，主要是蒙脱石，伊利石、长石等矿物，。擦洗法硅藻土提纯生产工艺，成本较酸洗法低廉，工艺简单，设备投资少，易于实现工业化生产。特别是擦洗法对去除蒙脱石效果{jj0}。因此该法是目前乃至今后重点研究开发的方向。如有其他特殊用途的要求可与酸洗法等其他方法联合使用以满足高质量、高附加值产品的需求。 5结 语 我国硅藻土资源虽然丰富，但大部分是中低品位的硅藻土，优质土较少，从品种和产品质量上均不能满足市场需求，在许多领域无法充分应用。目前国外已开发出500多种产品．其中助滤剂就达150多种，我国硅藻土助滤剂仅10多种．每年仍需进口大量的产品，开发硅藻土新产品迫在眉睫。所以，着重研究解决硅藻土的提纯问题显得尤为重要，因此，根据硅藻土的矿物结构、矿物基本物理化学性质，通过系统的基础研究，通过物理和化学提纯方法将中低品位的硅藻土提纯为一级土，将一级土提纯为优级土。可以为硅藻土精细产品加工提供优质原料，进而开发性能优良的硅藻土新产品，拓宽硅藻土的应用领域，不断为硅藻土行业创造新的机遇。相信我国的硅藻土应用领域将更加宽广，发展前景将更加广阔。 参考文献： 【1】木士春 中国陆相硅藻土物化特征及对硅藻生长、堆埋环境指示意义 湘潭矿业学院学报 2002.9第17卷第3期：18. 【2】王泽民，岳贵春，等，硅藻土提纯的研究，《建材地质》，1996，（5） 【3】魏存弟，吉林省桦甸低品位硅藻土提纯及生产食品用助滤剂研究，《非金属矿》，2001，24卷，3期，38 【4】汤大忠等，云南腾冲团田中品位硅藻土精选和作食品助滤剂的研究，《云南建材》，1994，（1）。 【5】郑水林，我国粘土质硅藻土矿的提纯研究，《非金属矿》，1994，（4）。 【6】于漧，关于硅藻土精选的试验研究，《非金属矿》，1985，（3）. 【7】王泽民，马小凡，等，酸法提纯硅藻土及废酸综合利用研究【J】.非金属矿，1995，（103）. 【8】于漧，关于硅藻土煅烧的试验研究，《非金属矿》，1987，（4）. 【9】谷晋川，张允湘等，微波作用下硅藻土提纯研究，《矿冶工程》，2004，24卷5，30～32. 【10】 金钦汉．微波化学[M]．北京：科学技术出版社，2001． 【11】 回瑞发，徐玉书，许静，等．微波作用下硅藻土中氧化物析出量的实验研究[J]．吉林大学自然科学学报，1994(3)：71—74． 【12】汤建伟，钟本和，许秀成，等．微波作用下促进磷矿分解反应的研究[J]．化工矿物与加工，2ooK5)：13—17． 【13】彭金辉，杨显万．微波能技术新应用[M]．昆明：云南科技出版社，1997． 【14】王利剑，刘 缙，硅藻土的提纯实验研究，《化工矿物与加工》，2008，8，6～8.
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