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硅藻泥一百问之—硅藻土是什么?

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-17  来源:正师傅联盟  浏览次数:662
2017-11-17 正师傅服务平台 正师傅联盟 正师傅联盟


我国大约在2002年左右开始有硅藻泥。从研究角看,中国建筑材料科学研究总院20世纪90年代在国率先开展抗菌、空气净化材料及建材研究,2000年开始研究调湿材料,研发的调湿、净化、抗菌功能无机涂覆材料即是硅藻泥的前身,2004年获得国家发明专利,是国内该类产品的第一个国家发明专利。从产品角度看,2003年左右北京大津硅藻新材料公司、青岛川一硅藻土公司等从日本引进硅藻土壁材产品,随后技术产品实现国产化,国内对这种新型硅藻土壁材通称为“硅藻泥”。至2009年,国内已有30余家硅藻泥生产企业,2010年工信部立项了“硅藻泥装饰壁材”行业标准制定计划,2013年行业标准JC/T2177-2013《硅藻泥装饰壁材》正式实施,自此硅藻泥行业进入规范、快速发展阶段。到2017年,国内硅藻泥企业达600家,市场蓬勃发展。


什么是硅藻泥?

按照国家发面的行业标准JC/T2177-2013《硅藻泥装饰壁材》中对产品准确的命名为硅藻泥装饰壁材,定义为:以无机胶凝物质为主要粘结材料,硅藻材料为主要功能性填料,配制的干粉状内墙装饰涂覆材料。

根据产品特性的通俗理解,硅藻泥就是含有一定比例硅藻土的无机干粉状内墙涂覆材料,用水搅拌成泥浆状,多以批涂、抹涂方式上墙,因上墙前的产品呈泥浆状,所以通俗形象地称为硅藻泥。

什么是硅藻土?

硅藻是单细胞藻类生物,在地球上分布极广,在某些特定的环境中,硅藻大量繁殖,死亡后,遗骸沉降到水底,堆积形成硅藻土矿床。它的形体极为微小,一般只有十几微米到几十微米。

硅藻土是以硅藻遗骸(壳体)为主的一种生物沉积岩,各类粘土著人矿物(高岭石、蒙脱石、水云母等)和碎屑矿物(石英、长石等)经常与其共存。因此,应根据硅藻土原土中的硅藻壳体、粘土矿物和碎屑矿物三者之间的比率(以其体积而言)及原土中的化学组分(SiO2AL2O3Fe2O3CaOMgO等)对硅藻土进行划分和命名。

根据我国硅藻土矿的原土质量,我国硅藻土可划分为:硅藻土、含粘土硅藻土和粘土质硅藻土三类。

硅藻土是指原土中的硅藻壳体含量在80%以上,原土的化学组分中SiO2含量在75%以上的那些土。产这些优质硅藻土的矿区(点),可以根据各自的具体情况对其矿区(点)内的原土再划分为一级土、二级土和三级土。

1000倍以上的显微镜下可观测到壳体形貌。通常呈不同形状,大孔隙率,吸水性强。

常见的硅藻形貌如圆盘形藻、圆筒形藻、立体小环藻、圆筛藻、球形藻、小环藻、丝瓜形藻、棍棒形藻、环形藻、舟形藻,如图1所示。

3.硅藻泥中硅藻土含量越高越好吗?

不是硅藻土含量越高越好。

硅藻土作为环境功能材料在西方中达到一定的比例(通常大于15%质量分数)是实现硅藻泥功能性的条件之一,一航情况质量分数在20%~40%之间。理论上讲,硅藻土的含量越高越好,但是含量过高会影响硅藻泥的常规性能,出现粘结强度不够的问题:另外,硅藻土的质量也会影响硅藻泥的功能性,影响硅藻土的质量因素有硅藻土孔径、孔体积、比表面积、表面化学位等。硅藻泥整体性能的好坏除了和硅藻土的含量、质量相关外,不当之处 西方的整体设计相关,以硅藻土的含量高低评价硅藻泥功能性是片面的。所以对硅藻土的选材和配比是否科学是决定硅藻泥性能好坏的关键。

4.我国的硅藻土资源如何?

我国硅藻土储量、产量仅次于美国,是世界上第二大硅藻土市场,吉林、云南、浙江、内蒙古等10个省份(自治区)有硅藻土资源。虽然世界硅藻土分布较为广泛,但是可供直接开采、经济价值较高的资源很有限,目前世界上权有美国加利福尼亚州的罗姆波克矿床和吉林省白山地区的马鞍山矿床为世界级硅藻土矿床。白山地区的硅藻土矿床面积达200多平方公里,原土所含硅藻土为湖相型淡水硅原筛藻和圆盘藻类,截止2015年末已探明资源储量3.4亿吨,估算远景储量14亿吨,是我国同类硅藻土矿中品位量高、质量最好、储量最大的矿藏,也是世界极具开发前景的大型硅藻土矿床。

5.硅藻土是如何加工处理的?

   原土质量与不同的硅藻土种类及其处理加工工艺,都会影响硅藻土作为材料使用时的颜色、堆积密度、孔体积、吸附能力等指标。硅藻土原矿中含有大量粘土、泥沙以及有机质等,应用时需要经过提纯处理。硅藻土的提纯方法大致可以分为机械法、物理法、化学法三种。不同提纯方法的优缺点比较如表1所示。

 

1    不同硅藻土提纯方法的优缺点

方法分类

提纯方法

优点

缺点

机械法

研磨法

能够去除硅藻孔中杂质

破坏硅藻结构

方法分类

提纯方法

优点

缺点

物理法

磁选法

有效去除磁性杂质

不易分离非磁性矿物杂质

超声法

易去除硅藻孔内嵌入杂质

大规模应用困难

浮选法

良好去除杂质

成本高、废液影响环境

擦洗法

工艺简单

难以得到高品位硅藻土

化学法

酸浸法

提纯效果好

废液污染环境

碱浸法

有效去除杂质

废液排放造成环境问题

焙烧法

程序简单、去除有机质

耗能高、去除粘土类杂质

从表1可见,美工没有一种尽善尽美的硅藻土提纯方法,需要根据硅藻土的具体用途来选择合适的提纯方法。实际工业生产品的提纯工艺大多是选择两种或两种以上的提纯方法组合使用,以应对不同领域的硅藻土应用要求。

6.煅烧的硅藻土和非煅烧的硅藻土有什么区别?

煅烧硅藻土和非煅烧硅藻土是按照是否经过煅烧的工艺来区分的。

硅藻土在开采后一般需要进行加工,采用重力选矿法,除去其中泥砂、碎屑及铁、铝等杂质,合硅藻富集。重力选矿又分为干式和湿式两种,干式分选是采用空气分离机等除掉脉石,或采用旋转式干燥机除掉有机物、易挥发物和水分,主要用于高品位矿石;湿式分选是采用水力旋流器等除掉密谋较大的脉石杂质,主要用于低品位矿。选矿后直接应用的产品就是非煅烧硅藻土。

选矿后进一步加工送回转窑煅烧(加助熔剂或不加助熔剂)、磨矿冷却、分选分级,就是煅烧的硅藻土,一般用于助滤剂产品。

加入碳酸钠和氯化钠助溶剂经高温煅烧,能够去除粘土杂质,有一定扩孔作用,且有改色作用,合粉体白度提高,但高温条件下无定型SiO2能近乎转成方石英,钠盐对硅藻土中SiO2的结构有破坏作用,很易使硅藻孔壁坍塌,硅藻表面多数孔洞因熔融而被堵死,硅藻形貌破坏。

对于硅藻泥选用的硅藻土而言,直接经过物理选矿、清洗等得到硅藻土,可能白度相对低一点,表面活性可能高一点。但是经过适当温度和适当条件处理也可以增加其活性,然而煅烧温度过高会使表面活性位消失、比表面积减小,不易用作硅藻泥的原材料,100℃以下处理可以脱掉物理吸附水,在100℃~500 ℃可以脱掉表面羟基水和吸附的有机物.所以,以是否煅烧来判断其是否合适作为硅藻泥的原材料有点片面.是否适合作为硅藻泥的原材料应看其白度、比表面积、孔径分布、表面活性等因素。

7.什么样的硅藻土适用于硅藻泥生产?

   硅藻土是硅藻泥实现调湿、净化甲醛等健康功能性的主要原材料之一。具有大比表面积、高孔容积和高表面活性的硅藻土,其吸附特性强,对水蒸汽的自动吸附和脱附能力大,易实现较好功能效果。因此,经理化性能指标分析,具有较大比表面积和孔容积且活性较高的硅藻土适用于硅藻泥生产。

硅藻泥用硅藻土所应具备的物理性能有:

⑴颜色为白色或灰白色;

⑵堆密谋一般在0.34~0.65g/Ml,越小越好;

⑶比表面积在19~65㎡/g,越大越好;

⑷孔体积在0.45~0.98cm3/g,越大越好;

⑸主要孔半径在50~800nm,微孔在3.10~5.66nm。

具备的化学特性是:化学成分以非晶态二氧化硅(SiO2)为主,表面硅氧缺陷较多(活性大)。目前,关于硅藻泥生产用硅藻土的标准还没有出台,中国建筑材料科学研究总院正在进行相关工作。

8.硅藻土具有分子筛结构,超细微孔比活性炭大很多,是这样吗?

这些说法是错误的。

在网络上有的宣传硅藻土“超微细孔比活性碳多5000倍到6000倍,正是这种突出的分子筛结构,决定了其独特的功能,具有极强的物理吸附性能和离子交换性能。”这些是不科学宣传。

硅藻土就是主要由硅藻殘骸组成,硅藻残骸自身具有的大量的微米、亚微米和纳米孔。硅藻土不是分子筛的结构,超微细孔也没有比活性碳多5000倍到6000倍;有化学与物理吸附能力,但不具有离子交换能力。

分子筛是一种硅铝酸盐多微孔晶休,通常指的是“沸石”,其具有沸石结构,天然沸石杂质较多,所以工业用大多都是人工合成的,结构成分可控,它是由硅氧、铝氧四面体组成基本的骨架结构,在晶格中存在着金属阳离子(如Na+k+Ca+Li+等),以平衡晶体中多余的负电荷而构成。分子筛按照孔径和用途具有不同的型号。分子筛是主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料。

分子筛具有均匀的微孔结构,它的孔穴直径大小均匀,这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部,并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力,因而能把极性程度不同、饱和程度不同、分子大小不同及沸点不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称分子筛。

硅藻土不具有沸石结构,孔径分布范围宽,不能称为“分子筛”。

硅藻土的微孔没有活性炭那么丰富,也不可能比活性炭的微孔多,但硅藻土微米、纳米孔都存在。硅藻土接近白色,具有矿物活性、丰富的孔结构、大比表面积是决定其能够在建材中应用的重要因素。

需说明的是市场中称具有硅藻土类似作用的材料“白炭黑”,其实就是人工制造的多孔无定型SiO2,它具有类似硅藻土的性质。

还有的称在涂料中加有“竹炭”,事实上“竹炭”和活性炭类似,它呈黑色,用在涂料中会导致涂料的颜色产生很大变化,国而不易用在涂料中;当然也不可能用在硅藻泥中。

硅藻泥中含有机材料吗?

硅藻泥的西方设计组成包括胶凝材料(粘结材料)、硅藻土材料、其他颜填料和适量添加剂四大部分。硅藻泥用的胶凝材料主要为白水泥、石灰、石膏或其他活性矿物材料等无机胶凝材料,为了保证施工性能,西方中会加入适量的缓凝剂、保水剂等添加剂,但也有一些厂家的西方中会加入适当胶粉、纤维素等以调整涂层的性能,一航情况下不超过5%,过多会影响功能性和阻燃性。没有掌握硅藻泥的相关知识,主要靠胶粉作为粘结材料的硅藻泥不能称为真正的硅藻泥。

编著:冀志江博士,高工

协编:正师傅O2O服务平台

鸣谢:中国建筑材料科学院

日期:二零一七年十月十八日







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