硅藻土新功能材料产业技术发展宣传册

硅藻土新功能材料产业技术发展汇编辽宁生产力促进中心二○一三年九月三日1目录硅藻土综合利用现状及发展前景.....................2对中国硅藻土产业可持续发展的战略思考.............8硅藻土的国际市场动态............................22硅藻土的开发应用................................31硅藻土国内外发展现状及展望......................452硅藻土综合利用现状及发展前景摘要:本文介绍了硅藻土的成因、分布和基本特性,对硅藻土产品作助滤剂、填料、涂料和建材等的综合利用现状进行了阐述,举例说明了硅藻土利用的新进展,并对其发展前景做出了展望关键词:硅藻土;利用;发展;前景1硅藻土资源概述硅藻土是由古代地质时期硅藻、放射虫类或海绵的遗体组成的一种生物成因的硅质沉积岩。其化学成分以SiO2为主,矿物成分为蛋白石及其变种。硅藻土中的SiO2在结构、成分上与其他矿物和岩石中的SiO2不同,它是有机成因的无定形蛋白石矿物,通常称为硅藻质氧化硅。硅藻土除含水和SiO2外,还有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5等成分。矿物组成除硅藻外,常伴有各种黏土及石英、白云石等[1]。世界硅藻土资源十分丰富,分布范围很广,除南极其它各洲均有发现,已知全球共有硅藻土18.42~20亿吨,远景储量35.73亿吨。其中亚洲居第一位,约10亿吨;欧洲5亿吨;美洲、非洲和大洋洲5亿吨。3我国的硅藻土资源丰富,主要集中在东部及西南地区。从地质时代上讲,有工业意义的硅藻土矿床仅限于第三系及第四系,因此在资源分布上受到一定地域的限制,其中探明储量的矿区有354处,矿石总保有储量达3.85亿吨,仅次于美国,居世界第二位。我国10省(区)有硅藻土矿产出。在地区分布上,以吉林最多,占全国储量的54.8%,云南、福建、河北等地次之。此外,在黑龙江、山西、海南都发现了硅藻土矿。2硅藻土资源的综合利用现状2.1硅藻土资源利用的发展历程硅藻土自1833年首先在德国汉诺威发现以来,已有一百多年的历史。最初用于吸收硝化甘油,进入20世纪后,美国、德国、法国、丹麦等国的硅藻土工业稳定并持续发展,到了50年代,产品品已遍及生产生活各个领域,用于过滤,保温材料,填料和催化剂载体等领域的产品结构已基本定型,产品总量达100万吨,而后,硅藻土工业随世界经济发展而继续发展。到1975年总产量达140万吨,1984年为152万吨,1988年达186万吨。进入90年代初中期,总产量有所回落,在145万吨到160万吨之间波动[2]。2.2国外硅藻土产品综合利用现状2.2.1助滤剂硅藻土产品种类繁多,主要用途之一是生产助滤剂,且4品种最多,用量也最大。用硅藻土粉制品可以滤除液体中的固体颗粒、悬浮物质、胶体粒子及细菌,起到滤清和净化液体的作用。助滤剂主要应用领域有啤酒、医药(用于抗生素、血浆、维生素、合成医药、注射液等的过滤)、净水过滤、油脂工业、有机溶液、涂料和染料、肥料、酸类、碱类、调味料、糖类、酒类等。2.2.2填料和涂料所谓填料,是指将硅藻土填加到某种材料或产品中,使其性能有所改善和提高,所以也叫功能材料[3]。国外硅藻土填料的消费约占硅藻土制品总量21%~23%,美国的硅藻土填料消费量在总量中的比例近年呈缓慢下降趋势,但年产量仍在10万吨左右,法国生产高白度的硅藻土填料,德国用本原料生产油漆、塑料填料和炸药吸收剂等,每年产量数万吨,约占总产量的50%。2.2.3建材和保温绝热材料国外的硅藻土建材和保温材料生产国有丹麦、罗马尼亚、俄罗斯、日本、英国等。其制品主要有隔热砖、硅酸钙制品、粉料、硅钙板、水泥添加剂以及泡沫玻璃、轻质骨料、沥青路面混合料添加剂等。2.3我国硅藻土综合利用现状2.3.1硅藻土助滤剂产品的发展硅藻土助滤剂己广泛应用于食品酿造、医药、石油、化5工和水处理等部门。成都理工学院综合的血浆过滤用硅藻土助滤剂,咸阳非金属矿研究院研制的彩显像管荧光粉过滤用硅藻土助滤剂,质量大大提高,其效果均达到国外同类产品的标准;四川绵阳“亚太啤酒集团”用硅藻土助滤剂和珍珠岩助滤剂进行复配使用,在预涂和添加中调整用量比例,在滤饼强度和保证滤速和产力等方面,比单一使用硅藻土助滤剂效果更好。吉林大学的王泽民等利用硅藻土复合净水剂对以枝丫材、稻草、麦秆、芦苇为原料的造纸废水进行处理。结果表明,利用提纯硅藻土下脚料制成的复合净水剂处理造纸废水,效果优于硫酸铝絮凝法和酸析法,特别是絮凝物脱水快、处理周期短。处理后的水清亮透明,略带微黄色,可部分循环利用。2.3.2硅藻土填料和涂料产品的发展硅藻土广泛用作塑料、橡胶等高聚物基复合材料的填料。其化学组成、晶体结构、粒度、颗粒形状、表面性质等决定其填充性能。现代新型高聚物基复合材料不仅要求非金属矿物填料具有增量和降低材料成本的功效,更重要的是能够改善填充材料的性能或具有补强或增强等功能。我国昆明煤炭研究所近来利用云南中低品位硅藻土经高温焙烧后,配以涂料所需的悬浮剂、粘结剂等,综合和研制6出了金属型铸造和压铸用系列涂料,加工工艺简单,使用方便;并延长模型使用寿命,增加铸件表面光洁度,提高产品合格率;节约涂料用量,降低涂料成本,价格便宜。此外,该涂料无毒无害无异味,不会造成环境污染及人体危害,具有良好的社会效益。清华大学机械系用吉林长白硅藻土,研制成了用于离心铸管生产的高纯硅藻土涂料。2.3.3硅藻土建材和保温绝热材料产品的发展我国有丰富的硅藻土资源,综合新型硅藻土建材产品,对我国的建筑行业的发展有重要意义和良好前景。近年来的研究发现,以硅藻土为主材料,添加其他化合物,可以制得很多新型的性能优良的建材。如在硅藻土中加K2O及某些有机化合物后,经高温处理可制得可导电、防火的涂料;从硅藻土中提取SiO2及少量Al2O3,再涂加一些碱性金属,经一系列工序后制得的泡沫玻璃,是一种很好的隔热、吸声材料。在隔热保温填料中,硅藻土性能比轻质碳酸钙、海泡石效果更好[4]。清华大学冯乃谦和地科院地质所黄成彦,以福建漳浦低品位硅藻土为主要原料,掺入钙质材料和硅酸钠凝胶,经成球、养护研制成非煅烧性硅藻土陶粒。生产这类产品投资少,收效快,工艺简单,无污染。该产品的研制成功,为我国分布广,储量大的中低品位硅藻土资源的综合利用开辟了新的途径,有重要的实际意义。73硅藻土综合利用的发展前景硅藻土用于作催化剂载体,主要限于作钒触媒、镍触媒,用于其它方面的还比较少。今后,随着石油化工的发展,在气化反应、加氢反应、脱氢反应、水合反应等方面用硅藻土作载体的数量会增多;国家建委决定要大力发展轻质建筑材料,减轻建筑的自重,硅藻土生产轻质砖和轻骨料也将得到进一步发展。硅藻土在我国是具有资源优势的矿种,但目前综合水平偏低,和发达国家相比,存在品种少、应用领域不多、人均消费量低和生产规模较小的差距。但可以认为,随着改革开放和科学研究的深入,相关部门的关注,我国硅藻土资源的综合利用水平与国外的差距将逐步缩小。随着硅藻土提纯的新技术深入研究,可以满足新产品综合的需要;另外结合硅藻土的理化特性,对硅藻土表面微观改性、微孔结构的人为调控等,可以综合硅藻土的新用途,进一步提升其附加价值。8对中国硅藻土产业可持续发展的战略思考1概述对硅藻土产业而言,受资源禀赋、工业发展、科技进步、政策导向等主客观因素影响,世界各地的产业格局与发展速度都会存在一定的差异,但就全球硅藻土行业整体或对某一区域的长远发展而言,一般都遵循渐进式(总体)或跨越式(阶段性)的发展模式。随着硅藻土加工业和其他产业的发展与技术进步,新的应用领域不断扩大,世界硅藻土的产量和消费量将会呈现较稳定的增长趋势。然而,从世界硅藻土产业的发展历史和现状分析,产业发展的影响因素是颇为复杂的、非线性的。1994年世界硅藻土总产量已达到200万t/a,人们曾预测到2000年硅藻土总产量将达到250万t/a、市场需求量为280万t/a,事实上,近10余年来,世界硅藻土总产量一直稳定在200万t/a左右,直到2006年出现产量峰值,也仅为216万t。近年来,有人预测,到2010年我国硅藻土的市场空间可达300亿元,2020年将高达600亿元,事实上,目前全世界硅藻土产业的年总产值(销售总额)尚不足10亿美元。鉴于此,在硅藻土产业发展战略研究与规划制定过程9中,既要有发展的眼光,又要有科学的态度,坚持科学发展!2国内外硅藻土产业现状与发展趋势2．1国内外硅藻土资源分布状况2．1.1世界硅藻土储量分布特征硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩,在世界上广泛分布。据统计,全球约122个国家或地区存在硅藻土资源,初步估计储量为9.2亿t,其中,美国是世界上硅藻土储量最多的国家,储量为2.5亿t,储量基础为5.0亿t(截至2007年底);其次分别为中国、独联体、秘鲁和捷克(图1)。世界硅藻土资源分布广泛,但是,可供直接开发、经济价值较高的矿床很有限。目前,全球仅有3个矿床可以不经选矿直接加工生产硅藻土助滤剂,1处是美国加利福尼亚州的罗姆波克矿床,另2处是中国吉林省长白县的马鞍山矿床和西大坡矿床,属少有的世界级硅藻土矿床。2.1.2中国硅藻土储量分布特征10截至2007年底,中国共有硅藻土矿产地61处,查明资源储量4.7亿t。中国硅藻土资源分布极不平衡,吉林省硅藻土查明资源储量为2.66亿t,占全国的56.7%;其次是云南、浙江、河北、广东、四川、内蒙古等(图2)。2.2国内外硅藻土产品结构与市场需求状况2.2.1世界硅藻土生产格局与产量规模20世纪90年代中期以来,全球硅藻土产量一直保持比较稳定的状态,总产量在200万t左右,其中,主要生产国美国在65万t左右、中国在35万t左右;2006年美国出现增长高峰值,年产量达到79.9万t;中国总体呈稳步增长趋势(图3)11世界硅藻土的生产集中度很高。目前,世界主要的硅藻土生产国家为美国、中国、丹麦和日本,这4个国家的产量约占到全球总产量的75%左右(图4)。从历年数据来看,美国都是硅藻土行业当之无愧的老大,中国一直排行第二。中国的硅藻土产量约占全球总产量的20%左右,并且发展潜能较大。目前,中国硅藻土资源总量在20亿t以上,原矿的年平均生产能力为50万t/a左右,硅藻土制品生产能力为40万t/a左右。122.2.2国内外硅藻土的产品结构国际上,以美国为代表,尽管不同时期硅藻土产品消费结构会有不同程度的调整,但助滤剂一直占据主导地位,其次是填料、吸附剂、绝缘材料及其他;以法国、德国、丹麦、日本和俄罗斯等为代表的工业发达国家,助滤剂产品的应用也占主导地位。日本绝大部分地区都能以低成本开发硅藻土资源,近年来以硅藻土为原料的新型室内装修材料在日本受到消费者的青睐,由此拉动日本硅藻土建材生产的稳定增长。在硅藻土产品结构上,中国与国外还有相当大的差距。由于技术、工艺等方面的原因,国内对硅藻土的应用还主要以轻质保温材料为主,而国际上则以助滤剂为主(表1)。中国硅藻土资源优势显著,随着全球性节能、环保要求的提高以及中国工业的发展、人民生活水平的提高和硅藻土产业自身的技术进步,中国硅藻土的产品结构必将发生重大变化。132.2.3世界硅藻土产品的市场需求状况近年来,从世界不同地区硅藻土的消费情况来看,欧洲和北美地区的消费量最大,2007年欧洲和北美地区消费量占世界总消费量的60%左右(图5)。2．2．4中国硅藻土主要产品的市场需求现状目前,中国硅藻土产品主要有助滤剂、保温材料、催化剂载体、功能性填料等。中国是世界上硅藻土生产大国,同时也是消费大国。在不考虑库存的情况下,表观消费量(表观消费量=产量+进口量-出口量)等于国内市场消费总量。2003—2007年中国国内硅藻土的表观消费量见图6。2．3国内外硅藻土产品价格与进出口贸易状况142．3．1国内外硅藻土产品价格及其变化特征美国是世界上硅藻土生产和消费大国,产销量均居世界首位。因此,美国市场价格是世界硅藻土市场价格的标杆。根据美国各厂商硅藻土产品销售量和销售金额计算,2001—2