硅藻精土应用.doc

硅藻精土（天然硅藻纳米微孔材料）系列产品的开发和应用王庆中二一四年十二月十八日各位同仁，你们辛苦了！仓促地给你们发出邀请，你们即时赶赴大理，谢谢各位！今天研讨会的课题是：硅藻精土系列产品的开发和应用。王希季院士对国内外硅藻土开发，亲笔写了下面的分析：国外硅藻土开发的情况：1：硅藻土矿业在世界矿业中占的比例很小，约万分之一至万分之二。在一九七九年以后，硅藻土矿业增长不快，主要原因是：经济品质适合开发的硅藻土资源不多，产品受原矿土限制，即无需选矿就可以达到硅藻精土质量的矿山储量日益减少，需要选矿才能利用的低品质原矿土的利用越来越迫切，低品位原土优选为高品质精土的选矿工艺为世界各国急需迫切解决的攻关课题，但至今难于解决，不能适应需求量越来越大的硅藻精土的来源，从而使硅藻土工业的发展受原材料的制约而难于较快发展。2：由于硅藻土矿业不大，因此研究硅藻土矿业的人很少，硅藻土矿的开发，特别是低品位矿的开发，由于缺少实际经验和理论指导进展不快。3：硅藻土原矿的 物理性质，化学成分和极其复杂的共生杂质，因矿山不同而差异很大，这又增加了开发的难看。4：总的来说，世界硅藻土矿业增长不快的主要原因，不是需求的减退，而是高品质原矿土的供应因上述原因而产生困难。我国硅藻土开发的情况：1：我国对硅藻土开发仅处于起步阶段，不论在基础理论研究还是在应用研究方面都远远不足，与硅藻土应用研究发达的国家相比，仅仅只是一个萌芽。2：我国有的权威部门和科研单位，由于缺乏硅藻土基础知识的了解，又无实践经验，多次发生误导，甚至将其他矿种，当作硅藻土进行开发的情况，浪费大量的人力和财力。3：我国忽视硅藻土基础理论研究和对国外资料、信息交流，致使研究工作长期停留在低水平，从而对一些较深的基础理论研究和较高层次的产品开发，研制成果几乎等于零。4：我国对硅藻土的研究起步较晚，专业人才非常缺乏，为此有一些根本不懂硅藻土知识的学者，发表文章，组织研究会，结果使已出现的科技成果被压抑，而纯理论甚至是谬误的技术在大量发表，致使我国硅藻土开发进退徘徊。5：我国高档次硅藻土产品外销几乎等于零，并且不能摆脱目前扔依靠进口硅藻土成品的局面。6：硅藻土工业的开发，对于储量丰富的我国，是迫在眉睫的重大课题，但我国的硅藻土资源，绝大多数均属中、低品位，为此，中国硅藻土开发的战略问题是解决优选工艺，只有研制经济、适用、可行的中低品位原土优选为高品质精土的选矿工艺，我国的硅藻土工业才能迅速发展，否则将继续停留正在目前现状上。一、 国内外硅藻土开发和应用的现况：硅藻土自1833年首先在德国发现以来，已有181年的历史。在这181年里中，硅藻土的开采、加工、应用都有很大的发展，对它的认识也更加深刻，发现它有许多独特的性能，在工业上有广泛的用途，能生产1000多种产品，在1975年以前产量逐年增加，在1975年以后产量逐年减少，近10年来，产量又再次逐年增加。我国自1929年发现浙江嵊州硅藻土，1935年发现山东临朐硅藻土，1943年发现吉林长白硅藻土，至今也有85年的历史。解放前，硅藻土工业是一片空白，解放后65年，我国硅藻土也仅用在低档次产品上。1、 我国是硅藻土资源丰富的国家之一由于硅藻土是生物成因，在特定的成矿条件下形成，因此资源有限。已知全球共有硅藻土18.4120亿T，远景储量35.73亿T。其中亚洲居第一位，有10亿T；欧洲有5亿T；美洲、非洲和大洋洲5亿T。目前我国已有14个省、自治区发现硅藻土矿70余处，已探明储量3.6844亿T，远景储量超过20亿T。在吉林长白、内蒙、广东徐闻、云南腾冲4处发现了优质硅藻土，其中吉林长白是世界优质硅藻土储量上千万吨的产地之一。另外黑龙江省嫩江地区发现了质佳量大的硅藻岩；在云南先锋和黑龙江的鸡西发现了规模巨大的高烧失量型硅藻土；在云南宾川和山西张村发现了高钙硅藻土。已经证明我国是世界上硅藻土资源最丰富的国家之一，储量占世界探明储量的19.11%，仅次于美国，居世界第二位。2、 开发应用从宏观上说，国内外把硅藻土主要应用在过滤材料、保温材料、功能填料、建筑材料、催化剂载体、水泥混合材料和其他材料等8大类。由于各国资源条件和经济发展水平不同，应用结构也不一样。例如美国1997年的产量为70.5万T，其应用结构是：助滤剂占67%，填料占13%，其他占20%。而丹麦的硅藻土，保温材料占60%，填料占40%。法国助滤剂占50%，填料占50%。德国50%作填料，30%作助滤剂，20%作催化剂。日本35%作填料，33%作助滤剂，21%作建筑材料，11%作保温材料。由此可见，各国都针对本国硅藻土的特点来开发硅藻土制品。我国硅藻土产业起步晚，主要用于保温材料和钒催化剂载体，60年代有了水泥混合材料，70年代初有了助滤剂，80年代有了填料和精细化工产品，90年代有了硅藻土选矿和硅藻土精土水处理，近10年有了新型墙体材料。目前我国硅藻土应用有八大系列，几十种产品。形成了吉林临江、浙江嵊州和云南洱源三大硅藻土基地，我国的硅藻土产量，仅次于美国（70.5万T），居世界第二位，达到29万T，高于丹麦（9.2万T）、法国（8.5万T）、韩国（8万T）和墨西哥（5.6万T），占世界年产量141万T的20%。目前我国硅藻土产品主要有6项：即水泥混合材料、保温材料、助滤剂、功能填料、钒催化剂载体和和水处理剂，其他产品为吸附剂、农药载体、微孔玻璃、造纸填料、塑料填料、橡胶填料、化肥填料、涂料、喷灌混凝土填料、化工填料、摩擦材料填料、钻井冲洗隔离液填料、饲料添加剂、硅改性沥青等，正在推广应用的有新型墙体材料。3、 出口创汇我国的硅藻土属于优先发展并允许大量出口的矿种，因此从1965年便开始组织原矿和保温砖出口，但数量极少。1990年以后，出口量上万T，19951996年出口量达到15万T以上，但均是低价格的原矿和保温砖等，平均价400元左右/T。4、 创新创新是社会生产力解放和发展的中药基础和标志。新中国65年来，我国硅藻土工业有六大创新：一是：1985年用长白山的原土研制出钒催化剂载体；二是：1990年研制发明了超低品位硅藻土纯物理选矿技术；三是：1992年研制成硅藻土轻型墙体材料微孔硅酸钙，四是：1995年美国塞立特公司在吉林临江和长白投资2999万美元建成助滤剂生产线。五是：1995年昆明用硅藻精土改性沥青铺了第一条公路（安宁温泉至曹溪寺）；六是：1996年硅藻精土水处理技术在昆明大观河处理污水实验成功。六大创新中的反催化剂载体、微孔硅酸钙和助滤剂三项都是把国外成熟的技术搬来中国，用中国的硅藻土来生产。另外三项均是云南庆中科技有限公司所为，特别是超低品位硅藻土纯物理选矿技术和硅藻精土水处理技术，是在没有任何借鉴下的原创发明。5、 存在问题纵向看，我国硅藻土工业有进步、有发展，正处于发展壮大阶段。横向看，差距很大，资源优势已转化为优质产品的优势后没有发展为经济优势。生产规模小，装备差，身材技术落后，因此产品品种少，质量不理想，成本高，竞争乏力。另外许多应该开发的领域，至今还是空白，任重而道远。从目前看，我国的大宗硅藻土产品，只有钒催化剂载体、助滤剂，轻质高强保温砖达到国外同类产品的水平，大多数硅藻土制品质量还有待提高，特别是那些小作坊生产的保温砖，容量大，强度低，耐久性差，应该予以淘汰。6、 经验教训全球181年硅藻土开发的基本经验告诉我们，硅藻土的用途虽广，产品有1000多种，但并不是只要有硅藻土，什么产品都能生产，而是套根据硅藻土的品位、原矿的特点和所在地理位置，瞄准市场需求，开发适销对路的产品，才能取得事半功倍的效果。正式遵循这个原则，吉林以生产助滤剂为主导产品；浙江以生产保温材料为主导产品；云南以生产水处理剂为主导产品。另外企业一定要大投入，上规模，上档次，上水平，不能小打小闹。最主要的教训是发生在90年代初的那场“硅藻土助滤剂热”。两年间，全国上了120多个小硅藻土助滤剂厂。7、 展望经过65年的发展，我国硅藻土工业有了一定的基础，培养了一批人才，有良好的发展条件。今后发展的重点应该是：研制硅藻土选矿技术，光大硅藻土的用途，开发科技含量高、有市场的新产品；淘汰小作坊式的小保温砖厂、小助滤剂厂。引资金，大投入。建几个有规模、上档次、上水平的大厂。例如丹麦的大型轻质高强保温砖厂；美国5万T/ 年的功能填料厂；年产6000万快标砖的新型墙体材料厂等。届时，大量优质硅藻土产品，不仅供应国内市场，还可出口创汇，真正变成既是硅藻土资源大国，又是硅藻土生产大国、消费大国和出口大国。功能性填料是硅藻土的最大用途，应用面广，产品多，效益好，因此各国都大力开发。例如美国每年生产硅藻土填料20万T，法国、德国50%，丹麦40%，日本30%的硅藻土都用来作填料。我国年产硅藻土30万T，填料只有几千T，仅占1%，实在太少。其原因是：硅藻土作为填料，必须是优质硅藻土，并且1万T或10万T，必须是一个同样的品级。由于硅藻是在特定的成矿条件下形成的生物成因矿，大量的杂质成份和硅藻共生，世界上没有纯净的硅藻土，制约了硅藻土作为功能性填料的用途。可喜的是我们，我指的是今天在座的我们，我们对经优选生产的硅藻土有优先、独占开发权，腾冲年产2万吨硅藻精土机械化生产线在腾冲建成，将必推动硅藻精土系列产品开发推广和应用。在这新的机遇、新的起点上，我们要把硅藻用于建成、化工、橡胶、石化、医药、治金、油漆、化妆品、涂料、机械、饮食、能源、填料、吸附剂、隔热材料、催化剂载体、色谱固定剂等行列。我们不能停留在仅把硅藻精土应用于水污染治理和硅改沥青，我们需要作战略转移，对硅藻精土系列产品开发、推广、应用进行战略研讨，使硅藻纳米微孔新材料产业实现新的腾飞，在以后更为激烈的竞争中乘风波浪，全面展现硅藻纳米微孔新材料产业的风采，实现产业的跨越式发展和产业升级。新材料是社会进步的先导，当代文明的支柱，更是现代新技术革命的基础。目前，新材料发展的水平，已成为衡量一个国家综合实力大小的主要标志，也是判断一个国家科学技术现代化程度及生产力水平高低的重要依据。“谁掌握了新材料，谁就掌握了未来”。所以，世界各先进工业国都把大力研究和开发新材料作为21世纪的重大战略决策。新材料、信息科技、生物技术、光机电一体化是我国大力发展的四大高新技术产业。我国的新材料产业已呈迅猛发展之势。硅藻纳米微孔新材料产业已具备了跨越发展的基础，正面临跨越发展的机遇。二、 硅藻精土咋填料中的应用1、 概述硅藻精土是用硅藻原土经纯物理湿法选矿工艺精选提纯的高品质硅藻土产品，不含晶体二氧化硅、碎屑矿物和粘土质等杂质，由非晶体活性二氧化硅组成硅藻含量在92%以上，具有体积轻、孔隙度高、比表面积大、吸附性强、坚固、隔音、隔热、耐酸、化学性质稳定和热传到性低等一系列优良特性。2、 硅藻精土的主要性质（1） 粒径颗粒是硅藻的基本单元，粒径是硅藻精土的主要特征之一，这一特征是由硅藻形状、大小所决定的。硅藻精土在选矿过程中把粗粒晶体分选出去，同时也把微细粒（-2微米）的粘土质除去而获得由硅藻组成的精土，粒径在15-35微米之间，每克有2-2.5亿个硅藻。硅藻精土的粒径99.9在-500目以下，这是它特别值得提出来强调的优质填料。均匀的粒径组成的硅藻精土加入物料后，具有良好的分散作用，与物料均匀混合，能形成最佳附着强度。为此除硅藻精土外如使用硅藻原土，则粒径分布从大于20目到小于500目的粗细不匀的粒径，不但起不到好的作用，相反还使物料质量变差。因为硅藻原土中占30的粘土质和占20的有机质减弱了物料原来的特性。为此，硅藻精土添加入物料与硅藻原土添加入物料是截然不同的两个产品。（2） 比表面比表面是硅藻精土的另一重要特性。硅藻精土每克中大约有100以上的比表面积。硅藻精土作为多孔性填料，其内表面比外表面大。由于它的比表面又是由孔隙结构形成的活性表面，为此它就具有巨大的附着能力，增加附着强度，和物料混合时有效均匀地附着在物料的表面并大幅度降低物料的流动性。巨大的比表面积能形成柔性摩擦。（3）颜色硅藻精土是白色，为此加入物料后会改变原来的颜色使物料形成一种柔和的色调。另外硅藻的多孔隙结构使原物料的反光形成亚光。（4） 密度从经济角度来说，填料的加入取代了一定体积的基体，因此必然关心所用填料的密度。硅藻精土的松散堆密度只有0.1-0.2g/cm3，紧堆密度只有0.3-0.4g/cm3,即每吨精土有3m3的体积。所以是最经济的填料。而精土用纯物理方法精选，成本低，售价便宜。（5） 硬度硬度对于硅藻精土在填料中的应用有十分重要的意义。硅藻精土的硬度是其组成与结构的一种表现。硅藻精土属软质填料，但由于它属二氧化硅组成的非晶体结构。硅藻壳壁最低莫氏硬度为4.5-5.5，加入物料后莫氏硬度可达到5.6-6.0.（6） 化学组分化学组分决定了硅藻表面的性质，其主要成分是非晶质二氧化硅，为此它的化学稳定性极好，不怕酸碱，不易氧化，能长久地维持物料的稳定性。并由于良好的化学组分使它在浸润性、分散性、硫化性、补强性、耐老化性等方面表现出极为优良的品质。3、 硅藻精土对物料的综合效应从经济效益的角度来说，应用硅藻精土填料首先获得的效果是它降低物料的成本。但是随着现代化的发展，不仅仅是要求价格竞争上占有优势，而且要求提供理想的物理、化学性能的材料。因此，下面分析硅藻精土对物料的综合效应，有助于使用单位选择使用。（1） 弹性效应：硅藻精土与物料混合后很重要的一个作用是使复合材料的弹性模量增加。硅藻精土加入时容易充分分散和混合均匀，这种效应尤为重要。一般而言，硅藻精土加入后弹性模量增大很多倍。（2） 强度效应：由于硅藻精土比表面积非常大，则有利于提高物料的强度。另外硅藻精土平均粒径微细也较大的提高物料的强度。为此硅藻精土对物料的弹性体系的增强作用是明显的，并对物料的断裂伸长率有明显的克制，并在冲击强度上有明显的提高。（3） 阻燃效应：对于硅藻精土市场发展而言，阻燃将成为它最有前途的应用领域。硅藻精土无论加入橡胶、塑料及低制品中均能阻燃。例如硅藻精土加入纸浆可生产隔热防火纸板，该纸板用氧焊火焰来吹烧也不能使其燃烧。最早使用硅藻土的诺贝尔，在早年发明了硝化甘油后不能用于工业，原因是硝化甘油一摇动就爆炸。晚年找到硅藻土作为吸附剂和稳定剂，把硅藻土加入硝化甘油后则不会摇动爆炸，用火烧也不会爆炸，必须用12Kg力量的雷管才能爆炸。第一代炸药才诞生了。硅藻精土加入物料后，与火焰接触，而本身的结构却不受破坏。因此可以避免可燃集合物进一步暴露在火焰中，从而使内部深层不受破坏。硅藻精土加入聚合物中的阻燃效应已经受到重视和得到应用，但其阻燃的机理还未被揭示，对此，尚有待进一步研究。硅藻精土加入高沥青后，在300火焰均不能使其燃烧，所以路面在阳光下所吸附的热量，对该混合物将不会发生任何变化，更不能将其变软，绝不会在压力下产生流动。（4） 光学效应：硅藻精土加入物料后增加对光的散射界的面积，提高多角度的散射，这对物料来说是十分重要的，物料形成的亚光，对周围起到安全作用，特别是在阳光下和夜间对面强光源照射下，物料不会产生光滑面的折射。（5） 防腐、耐酸和耐磨效应：硅藻精土因其固有的化学惰性而能令物料表现出良好的防腐蚀性、耐酸碱性、并表现出良好的耐磨性。硅藻精土进入物料后，硅藻颗粒将完全被物料所包裹，颗粒之间的机体便构成了连续相，这是硅藻精土的化学稳定性便基本上决定于基体。但是事实上，另一种情况是在物料表面有不少硅藻颗粒呈裸露状态。这时物料的化学稳定性决定于硅藻的化学稳定性，这是两个非常重要的方面。4、 用于填料的硅藻精土的质量指标指标名称指标数值指标名称指标数值外观白色或灰白色水分20堆密度小于0.5g/cm3比表面积100容重0.2-0.45g/cm3孔体积1.4ml/g折射率1.45-1.55孔隙度80-100吸油率100-150主要孔半径500-8000 A吸水率300-450500目筛余量2导热系数0.72+0.210w/(n.k)平均粒径20微米耐火度1200二氧化硅75阳值7沉淀速度35ml/h烧失量5硅藻含量923、 硅藻精土在硅藻精土改性沥青的应用多年来，路面防漏问题，高沥青热软化问题，高沥青老化问题及路面强度，高沥青与细石均匀分布、阻燃等问题一直难于解决，各部门，各单位都做过巨大的努力。但硅藻土高沥青路面早已在国外发达国家采用，只不过他们使用的硅藻土是酸洗去除粘土的工艺，成本昂贵。经我们十多年的研制，发明了纯物理湿法选矿工艺，用最低的生产成本，生产出最优质的硅藻精土，从而为我国研制硅藻精土高沥青路面奠定基础。目前我省交通部门已成功地进行了实验室实验及路面工程实施，在不同地区，不同气温，不同条件下铺筑路面。其中包括六跑道的昆玉高速，大保高速；零下20的中甸公路；室温在零上40的路西公路和开远公路；汽车日流量17000辆/日的昆明至小板桥公路等。各项指标数据均超过APAO、SPS和阳离子乳化沥青路面，取得突破性的成果。经西安公路交通大学鉴定和评审，并且2000年12月16日该项技术通过了由省科技厅和省交通厅组织专家组评审，获得科学技术成果鉴定证书，被评为“该项目成果填补了国内空白，整体水平达到国际先进水平。建议尽快在公路新、改建大、中修工程中推广应用。”2001年10月，国家交通部再次组织专家评审，评定为“该项目成果填补了国内空白，整体水平达到国际领先水平。”目前已在云南、四川、内蒙、广东等省推广应用。2001年9月29日，国家计委高新技术司组织了由11为工程院士组成的“院士评审会”对该项成果给予了肯定。在高沥青的路面材料中添加一定量的硅藻精土可制成具有最佳附着强度和延长路面寿命的混合料。在混合材料中硅藻精土增加了沥青的流动阻力，并有效地使路面泛油形成车辙和挤浆现象减少到最低程度。加入硅藻精土后沥青将不能被明火点燃，因硅藻具有阻燃作用。硅藻精土属柔性磨料，和沥青混合后压制的路面类似于颗粒橡胶压制的路面，具有良好的柔性摩擦作用，即便在下雨积水时也增加柔性摩擦，是目前世界上仅次于橡胶路面的高速公路路面最佳材料。硅藻精土的添加量以不超过吸附高沥青含量混合料中全部沥青的含量为最佳比例，这样就可以避免路面对水的敏感性。含有硅藻精土的这种混合料另一优点是具有良好的防滑性和耐磨性。硅藻精土高沥青路面的寿命至少为一般标准密积配比路面的两倍，而传统的沥青混凝土路面的预期寿命仅7-15年，硅改沥青路面的预期寿命20-30年。目前，在美国、西欧、日本等发达国家以硅藻原土经酸洗去除黏土杂质后添加入高沥青之中压制高速公路路面，此项技术被广泛利用。由于我国硅藻土工业起步较晚，加上酸洗硅藻土成本较高，作为用于高沥青路面尚属空白。云南省交通厅把硅藻精土高沥青路面这项高新科技用于我国的路面，在我国应用并推广，为我国