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摘要：作者通過(guò)大量查閱近年國(guó)內(nèi)發(fā)表的硅藻土提純方面的文獻(xiàn)，利用硅藻土的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)上的差異將硅藻土提純方法分為物理、化學(xué)和物理化學(xué)綜合法。
摘要：作者通過(guò)大量查閱近年國(guó)內(nèi)發(fā)表的硅藻土提純方面的文獻(xiàn)，利用硅藻土的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)上的差異將硅藻土提純方法分為物理、化學(xué)和物理化學(xué)綜合法。
關(guān)鍵詞 硅藻土； 提純； 物理； 化學(xué)； 綜合
硅藻土是生物成因的硅質(zhì)沉積巖，是一種非常重要的非金屬礦物，具有輕質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、比表面積大、孔隙率高、隔音、隔熱、耐磨、耐酸、吸附性強(qiáng)、熔點(diǎn)高等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于輕工、化工、建材、醫(yī)藥、石油等許多工業(yè)領(lǐng)域。我國(guó)硅藻土常伴生有粘土、碎屑和有機(jī)質(zhì)等【1】，影響了硅藻土的品質(zhì)。雖然我國(guó)硅藻土礦產(chǎn)資源豐富，已探明儲(chǔ)量近4億t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量20億t以上，但優(yōu)質(zhì)硅藻土較少，特別是一些高附加值的應(yīng)用領(lǐng)域需要較高質(zhì)量的硅藻土。因此，大力進(jìn)行硅藻土提純研究，保證硅藻土工業(yè)可持續(xù)的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
硅藻土提純方法主要分為：物理、化學(xué)和物理化學(xué)綜合法。
1、物理提純
物理提純方法是利用硅藻土和共、伴生礦物物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)上的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)礦物的分離與提純。
1.1擦洗法提純【2】
擦洗提純是在不破壞硅藻殼的前提下將硅藻土原料顆粒打細(xì)，使固結(jié)在硅藻殼上的粘土等礦物雜質(zhì)脫離。硅藻土中含鐵礦物、石英泥、砂顆粒大，沉降快可先分離出，而粘土雜質(zhì)蒙脫石經(jīng)攪拌擦洗分散成細(xì)小的顆粒，并帶有相同的負(fù)電荷，彼此同性相斥，所以具有良好的懸浮性和分散性。同時(shí)在料漿中加入適量的分散劑強(qiáng)化其懸浮性和分散性，蒙脫石不易沉淀，硅藻土的粒子在料漿中的沉降速度要比蒙脫石的粒子快的多，以此將蒙脫石為主的懸浮液分離出，即可得以硅藻土為主的硅藻精土。
經(jīng)過(guò)對(duì)長(zhǎng)白、臨江Ⅱ級(jí)硅藻土3次擦洗提純，SiO2提高到了85%以上，Al2O3和Fe2O3也分別降至6%和2%以下。提純后的硅藻土指標(biāo)達(dá)到了Ⅰ級(jí)土的標(biāo)準(zhǔn)。（結(jié)果見(jiàn)表1）
擦洗可去除硅藻殼體外面的雜質(zhì)，但對(duì)清除硅藻微孔內(nèi)的雜質(zhì)作用不大。擦洗法提純硅藻土工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但占地面積較大，用水量大，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，硅藻精土烘干耗能也較大。
表1長(zhǎng)白、臨江Ⅱ級(jí)硅藻土擦洗提純結(jié)果
1.2熱浮選法【3】
吉林樺甸硅藻土中Al2O3、、Fe2O3等雜質(zhì)含量較高，為二、三級(jí)土，雜質(zhì)礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石、蒙脫石、伊利石和高嶺石。
該礦采用熱浮選法提純硅藻土是將原礦干燥后粉碎至60目，然后加水，加熱至70～80℃悶浸，攪拌，擦洗后，靜置沉降，待粗顆粒物和細(xì)砂沉降后，吸出最上層漿液，轉(zhuǎn)移到尾礦池中；將中間層的懸浮液轉(zhuǎn)入儲(chǔ)漿池中；最下層沉渣部分轉(zhuǎn)入到尾礦池中。儲(chǔ)漿池中的漿液經(jīng)減壓過(guò)濾、烘干，得到精土。尾礦池中的粗砂及粗土可用于生產(chǎn)建筑材料，懸浮土可用于生產(chǎn)保溫隔熱材料。（精選效果見(jiàn)表2）
表2熱浮選礦法精選的效果（%）
1.3離旋一選擇性絮凝法【4】
這種提純方法，經(jīng)在云南騰沖中品位硅藻土的提純上使用，效果很理想，通過(guò)離旋，可除去粗的碎屑礦物，然后加入選擇性絮凝劑，使微粒狀粘土礦物，絮凝為較粗的團(tuán)塊，從而使硅藻殼與粘土礦物分離。用這種方法處理的云南騰沖團(tuán)田硅藻土， 效果相當(dāng)好，見(jiàn)表3。該法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，投資少，成本低。
表3 離旋-選擇性絮凝法的精選效果(％)
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土種
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
回收率
|
|
原土
|
75.77
|
17.13
|
13.4
|
63.0
|
0.59
|
1.46
|
|
精土
|
86.80
|
8.39
|
1.28
|
0.26
|
0.28
|
27.0
|
1.4干法重力層析分離法 【5】
該法的原理是利用硅藻土中碎屑礦物、粘土礦物和硅藻殼比重的差異，通過(guò)超聲波振動(dòng)和旋風(fēng)分離，將碎屑礦物與粘土礦物和硅藻殼分離，從而達(dá)到提純的目的，因此要精選的硅藻土， 含水量要小于5％，粒度要小于80目，Si02不低于70％。用這種方法提純的硅藻土，Al203和Fe203降低的幅度可與酸浸法媲美， 見(jiàn)表4。
表4
干法重力層析分離法的精選效果（%）
|
產(chǎn)地
|
土種
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
K2O
|
Na2O
|
CaO
|
MgO
|
|
浙江嵊州
|
原 土
|
80.30
|
10.79
|
4.94
|
1.64
|
0.36
|
0.45
|
0.78
|
|
精 土
|
90.21
|
2.66
|
1.20
|
1.48
|
0.40
|
0.15
|
0.28
|
|
|
吉林長(zhǎng)白
|
原 土
|
81.39
|
9.77
|
3.18
|
0.74
|
0.26
|
0.41
|
0.44
|
|
精 土
|
93.16
|
3.33
|
1.08
|
0.60
|
0.28
|
0.17
|
0.20
|
|
|
山東臨朐
|
原 土
|
79.70
|
8.31
|
5.57
|
0.86
|
0.32
|
1.27
|
1.36
|
|
精 土
|
96.64
|
0.29
|
0.41
|
0.42
|
0.41
|
0.36
|
0.11
|
2、化學(xué)提純
硅藻土不同礦物的化學(xué)性質(zhì)上存在差異，采用化學(xué)方法或化學(xué)與物理相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)礦物的分離與提純�；瘜W(xué)提純主要包括焙燒和酸浸。
2.1酸浸法
酸浸是酸與硅藻土中粘土等雜質(zhì)反應(yīng)生成可溶性鹽后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥達(dá)到提純的目的。硅藻土酸浸提純普遍使用鹽酸和硫酸，將一定濃度的鹽酸或硫酸與原土按照一定的液固比例混合攪拌均勻，在適宜的溫度下反應(yīng)一定時(shí)間，使硅藻土中的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等粘土雜質(zhì)與酸反應(yīng)生成可溶性鹽類(lèi)，然后經(jīng)壓濾、洗滌、干燥，即得優(yōu)質(zhì)純硅藻土。試驗(yàn)已經(jīng)證明，鹽酸和硫酸的酸浸效果相近。如果用于釩催化劑載體的精土提純，必須用硫酸，防止帶入氯離子，其他用途可以用鹽酸。【6】根據(jù)不同礦石特點(diǎn)和精土的用途要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定酸處理的濃度、 用酸量、酸處理液固比、酸處理溫度、酸處理時(shí)間。
硅藻土經(jīng)酸浸精選后，使堵塞在硅藻體微孔內(nèi)的粘土雜質(zhì)及硅藻體內(nèi)部的可溶性金屬氧化物被大量除去，使硅藻土堆密度變小，比表面積和孔容等增大，微孔結(jié)構(gòu)得到明顯改善，可以滿(mǎn)足一些高附加值應(yīng)用領(lǐng)域?qū)柙逋凛^高質(zhì)量的要求。但是酸浸提純的缺點(diǎn)是用酸量和洗滌用水量比較大，成本較高，并且提純工藝中產(chǎn)生大量的廢酸液。在廢酸綜合利用方面做的研究表明，通過(guò)高濃度廢酸補(bǔ)新酸后循環(huán)利用一次，循環(huán)利用一次的廢酸經(jīng)濃縮結(jié)晶分離出大部分硫酸鋁和硫酸鐵后，適當(dāng)稀釋再補(bǔ)充新酸，可用于生產(chǎn)硫酸鈣和硫酸鈉，而硫酸鋁和硫酸鐵可生產(chǎn)硅藻土水凈化劑�！�7】
2.2焙燒法
焙燒是在適宜的溫度條件下，去除硅藻土中的有機(jī)質(zhì)和結(jié)構(gòu)水。焙燒提純硅藻土是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、有效的提純方法。尤其對(duì)高燒失量型硅藻土進(jìn)行了焙燒提純?cè)囼?yàn)，效果極佳。云南先鋒高燒失量型硅藻土，通過(guò)600～800℃煅燒，SiO2含量由49.83%提高到64.84%，提高了15.01個(gè)百分點(diǎn)【8】，結(jié)果見(jiàn)表5
焙燒是在適宜的溫度條件下，去除硅藻土中的有機(jī)質(zhì)和結(jié)構(gòu)水。焙燒提純硅藻土是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、有效的提純方法。尤其對(duì)高燒失量型硅藻土進(jìn)行了焙燒提純?cè)囼?yàn)，效果極佳。云南先鋒高燒失量型硅藻土，通過(guò)600～800℃煅燒，SiO2含量由49.83%提高到64.84%，提高了15.01個(gè)百分點(diǎn)【8】，結(jié)果見(jiàn)表5
表5焙燒法的提純效果（%）
|
土 種
|
SiO2
|
Al2O3
|
CaO
|
MgO
|
TiO2
|
Fe2O3
|
SO3
|
P2O5
|
K2O
|
Na2O
|
Loss
|
|
原 土
|
48.43
|
12.60
|
8.08
|
5.29
|
1.63
|
1.14
|
1.47
|
0.38
|
1.38
|
0.18
|
24.73
|
|
焙燒土
|
64.84
|
16.43
|
9.00
|
7.45
|
1.52
|
1.29
|
0.90
|
0.32
|
1.81
|
0.13
|
3.29
|
3. 物理化學(xué)綜合提純法
3.1微波作用下提純法[9]
微波是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，具有內(nèi)外同時(shí)加熱和選擇性加熱等特性，加熱效率高，可消除傳統(tǒng)加熱的“冷中心”的問(wèn)題，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以及家庭等領(lǐng)域正逐步得到應(yīng)用【9～12】。許多試驗(yàn)研究結(jié)果表明微波作用可以加快化學(xué)反應(yīng)【10～13】。研究部門(mén)專(zhuān)門(mén)研究了微波作用下硅藻土的提純過(guò)程。根據(jù)熱力學(xué)理論研究了微波加快化學(xué)反應(yīng)速率的機(jī)理，研究了微波作用下硅藻土提純的影響因素和工藝條件，研究結(jié)果表明：隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，微波功率的增加，硫酸濃度的加大，硅藻土中的 Fe203含量減少，Fe203浸出率增加。采用擦洗碎解分散-分級(jí)除雜-微波酸浸除鐵工藝，可以獲得成分上完全合格的助濾劑產(chǎn)品。主要提純工藝如下：
擦洗碎解分散—分級(jí)除雜—微波酸浸除鐵
3.2 焙燒和酸浸法【14】
洛陽(yáng)理工學(xué)院材料工程系王利劍博士等人采用焙燒和酸浸法對(duì)硅藻土進(jìn)行了提純處理，探索出了硅藻土提純的最佳工藝參數(shù)。掃描電鏡分析顯示實(shí)驗(yàn)制備的硅藻精土內(nèi)部微孔孔道得到了較好的疏通．化學(xué)分析表明硅藻精土中SiO2品位達(dá)90％以上．各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)家一級(jí)硅藻土標(biāo)準(zhǔn)。提純工藝如下：
原硅藻土一煅燒一冷卻一酸處理一稀釋一過(guò)濾一洗滌一干燥一精硅藻土。
其他物理化學(xué)綜合提純法還有很多，如：四川米易硅藻土，曾采用過(guò)擦洗一沉降一強(qiáng)磁選一酸浸一焙燒和搗漿一沉降一酸浸一焙燒的方法，效果很好。酸浸法經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，方法可靠，工藝成熟，用途廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展硅藻
土提純又發(fā)展了酸浸法與重選、磁選、熱浮選、擦洗、等各種提純方法的新結(jié)合。
4 結(jié) 語(yǔ)
我國(guó)硅藻土資源雖然豐富，但大部分是中低品位的硅藻土，優(yōu)質(zhì)土較少，從品種和產(chǎn)品質(zhì)量上均不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，在許多領(lǐng)域無(wú)法充分應(yīng)用。目前國(guó)外已開(kāi)發(fā)出500多種產(chǎn)品．其中助濾劑就達(dá)150多種，我國(guó)硅藻土助濾劑僅10多種．每年仍需進(jìn)口大量的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)硅藻土新產(chǎn)品迫在眉睫。所以，著重研究解決硅藻土的提純問(wèn)題顯得尤為重要，因此，根據(jù)硅藻土的礦物結(jié)構(gòu)、礦物基本物理化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，通過(guò)物理和化學(xué)提純方法將中低品位的硅藻土提純?yōu)橐患?jí)土，將一級(jí)土提純?yōu)閮?yōu)級(jí)土。可以為硅藻土精細(xì)產(chǎn)品加工提供優(yōu)質(zhì)原料，進(jìn)而開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的硅藻土新產(chǎn)品，拓寬硅藻土的應(yīng)用領(lǐng)域，不斷為硅藻土行業(yè)創(chuàng)造新的機(jī)遇。相信我國(guó)的硅藻土應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訉拸V，發(fā)展前景將更加廣闊。
參考文獻(xiàn)：
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（103）.
【8】于漧，關(guān)于硅藻土煅燒的試驗(yàn)研究，《非金屬礦》，1987，（4）.
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