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摘要：作者通過大量查閱近年國內(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：作者通過大量查閱近年國內(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)過對長白、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)果見表1）
擦洗可去除硅藻殼體外面的雜質(zhì)，但對清除硅藻微孔內(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，硅藻精土烘干耗能也較大。
表1長白、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，見表3。該法生產(chǎn)工藝簡單，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，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)過實(shí)驗(yàn)來確定酸處理的濃度、 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便、經(jīng)濟(jì)、有效的提純方法。尤其對高燒失量型硅藻土進(jìn)行了焙燒提純試驗(yàn)，效果極佳。云南先鋒高燒失量型硅藻土，通過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便、經(jīng)濟(jì)、有效的提純方法。尤其對高燒失量型硅藻土進(jìn)行了焙燒提純試驗(yàn)，效果極佳。云南先鋒高燒失量型硅藻土，通過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】。研究部門專門研究了微波作用下硅藻土的提純過程。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，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
我國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)量上均不能滿足市場需求，在許多領(lǐng)域無法充分應(yīng)用。目前國外已開發(fā)出500多種產(chǎn)品．其中助濾劑就達(dá)150多種，我國硅藻土助濾劑僅10多種．每年仍需進(jìn)口大量的產(chǎn)品，開發(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)，通過系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，通過物理和化學(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�？梢詾楣柙逋辆�(xì)產(chǎn)品加工提供優(yōu)質(zhì)原料，進(jìn)而開發(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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