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          宜興市硅藻精土的應用

          發布人:admin 發布時間:2016-10-11 15:08 點擊數:

            (一)硅藻土的特點

            硅藻土[Diatemite]是一種生物成因的含結晶水非晶體二氧化硅的蛋白石,主要由硅藻,(一種單細胞的水生藻類)遺骸和軟泥固結而成的沉積礦,具有孔隙度高、比表面積大、吸附性強、質輕堅固、隔音、隔熱、耐磨、耐酸和熱傳導性低等特性。廣泛用于水處理、飲食、建材、化工、橡膠、石化、醫藥、冶金、油漆、化妝品、涂料、機械、能源等行列,可制水處理劑、公路路面瀝青改性劑、助濾劑、填料、吸附劑、隔熱材料、催化劑載體、色譜固定劑等,是近代工業不可缺少的材料,至今尚未獲得令人滿意的替換物質。

            (二)國外硅藻土開發的情況

           ?、俟柙逋恋V業在世界礦業中占的比例很小,約萬分之一至萬分之二。在一九七九年以后,硅藻土礦業增長不快,主要原因是:經濟品質適合開發的硅藻土資源不多,產品受原礦土限制,即無需選礦就可以達到硅藻精土質量的礦山儲量日益減少,需要選礦才能利用的低品質原礦土的利用越來越迫切,低品位原土優選為高品質精土的選礦工藝成為世界各國急需迫切解決的攻關課題,但至今難于解決,不能適應需求量越來越大的硅藻精土的來源,從而使硅藻土工業的發展受原材料的制約而難于較快發展。

           ?、谟捎诠柙逋恋V業不大,因此研究硅藻土礦業的人很少,硅藻土礦的開發,特別是低品位礦的開發,由于缺少實際經驗和理論指導進展不快。

           ?、酃柙逋猎V的物理性質,化學成分和極其復雜的共生雜質,因礦山不同而差異很大,這又增加了開發的困難。

           ?、芸偟膩碚f,世界硅藻土礦業增長不快的主要原因,不是需求的減退,而是高品質原礦土的供應因上述原因而產生困難。

            (三)我國硅藻土開發的情況

           ?、傥覈鴮柙逋灵_發僅處于起步階段,不論在基礎理論研究還是在應用研究方面都遠遠不足,與硅藻土應用研究發達的國家相比,僅僅只是一個萌芽。

           ?、谖覈械臋嗤块T和科研單位,由于缺乏硅藻土基礎知識的了解,又無實踐經驗,多次發生誤導,甚至將其它礦種,當作硅藻土進行開發的情況,浪費大量的人力和財力。

           ?、畚覈鲆暪柙逋粱A理論研究和對國外資料、信息交流,致使研究工作長期停留在低水平,從而對一些較深的基礎理論研究和較高層次的產品開發,研制成果幾乎等于零。

           ?、芪覈鴮柙逋恋难芯科鸩捷^晚,專業人才非常缺乏,為此有一些根本不懂硅藻土知識的學者,發表文章,組織研討會,結果使已出現的科技成果被壓抑,而純理論甚至是謬誤的技術在大量發表,至使我國硅藻土開發進退徘徊。

           ?、菸覈邫n次硅藻土產品外銷幾乎等于零,并且不能擺脫目前仍依靠進口硅藻土成品的局面。

           ?、薰柙逋凉I的開發,對于儲量豐富的我國,是迫在眉睫的重大課題,但我國的硅藻土資源,絕大多數均屬中、低品位,為此,中國硅藻土開發的戰略問題是解決優選工藝,只有研制經濟、適用、可行的中低品位原土優選為高品質精土的選礦工藝,我國的硅藻土工業才能迅速發展,否則將繼續停留在目前現狀上。

            (四)我國硅藻土資源情況

            通過30余年來的努力,我國在硅藻土資源調查方面,做了一些工作,就目前已知的資料來看,我國硅藻土礦的形成分布具有以下幾個特點:

           ?、傥覈柙逋恋V主要分布在云南省中部和西南地區,東北部吉林省和內蒙古以及我國東部浙江省嵊州市地區、四川省攀西地區;

           ?、谖覈柙逋恋V的形成時期從中新世開始一直延續到全新世,中新世形成的硅藻土礦規模一般都較大;

           ?、畚覈墓柙逋恋V大部分屬非海相沉積,其中以淡水湖泊相沉積為主;

           ?、芪覈S多地區的硅藻土礦的形成和分布都與新生代以來火山活動(玄武巖)有密切聯系;

           ?、菸覈柙逋恋V絕大多數屬中、低品位, 須經過選礦才能用于硅藻土系列產品的原料。

            我國14個省,勘明了七十余座硅藻土礦,以吉林、浙江和云南形成三角鼎立形勢。東部沿海、西部新疆、北部黑龍江、南部廣東、海南,中部內蒙、河北、山東、四川等均儲藏著大量硅藻土,除吉林長白馬鞍山礦品質較好外,全國原土均屬中、低品位。

            (五)純物理濕法選礦工藝

            至今,在科學技術發達的國外,硅藻土選礦也僅能使用化學方法(即酸洗法)去除雜質,此種選礦方法不但成本高,投資大、設備復雜、管理嚴格,而且至命的缺點是不能去除晶體二氧化硅雜質,隋晶體二氧化硅雜質含量的多少而獲得不同品質的精土,難于適應硅藻土的需求。我國在研究“植物靜電位”的基礎上,用靜電原理優選出優質的硅藻精土,在世界上率先發明“超低品位硅藻土純物理選礦方法及設備”,經過試驗室試驗、中試到建成年產萬噸硅藻精土的選礦廠,大批量工業生產實踐證明了該工藝的可行性、可靠行、穩定性和適用性。創造了國內外超低品位原土優選為高品質精土的唯一記錄,是世界硅藻土選礦史上前所未有的重大科技成果、重大發明,也是國外選礦文獻上未曾記載并具有當代先進水平的“中草藥”選礦工藝。

            由于我國已前沒有優質硅藻精土,故所以沒有精土再加工應用的專業成品廠,硅藻土工業仍然得不到發展。我國又開始了用硅藻精土改性配制成水處理劑處理污水和用硅藻精土改性瀝青的研制,并獲得了成功。

            在硅藻土選礦工藝的基礎上,研制發明了“超細微粒靜電分離選礦方法及其系統”,把高嶺土等非金屬礦,把錫尾礦、低品位氧化鋅、氧化錳、氧化銅等有色金屬礦富集為高品質精礦,該純物理選礦工藝還能把貧鈾礦富集為高品質富礦。

            超低品位硅藻土純物理選礦工藝

            (一)工藝簡介

            該工藝是當今世界上唯一能用物理方法把中低品位硅藻原土優選為精土的工藝,與化學法即酸洗法比較,具有投資小、效益高、無污染、耗電少、用水可循環,成本低,回收率高,操作簡便,適應性強,設備結構緊湊,能連續生產,分離效率高等特點。

            (二)工藝要點

            原礦土采集后按不同品級堆放。按干料計重定量投入特制低速擦洗機中加水變細為濃礦漿。再流入高速分散機加水稀釋為低濃度礦漿,此時在除粗砂設備中除去粗砂。然后進入高速攪拌機,加入硅藻土選礦專用重磁水,在葉片高速旋轉下礦漿產生靜摩擦,利用三氧化二鐵,三氧化二鋁等原土中雜質微粒帶負電,重磁水帶正電而二氧化硅保持中性的原理,用內摩擦產生的高壓靜電使雜質處于不沉降狀態。由二氧化硅組成的硅藻保持中性呈自由沉降狀態的原理。用不同濃度進入粗選設備,精選設備,除去晶體二氧化硅和碎屑礦物。加水稀釋,不沉降的粘土和雜質向外排出,硅藻自由沉降富集為硅藻餅,從而把超低品位硅藻原土中的硅藻猶選出來為高品質精土。本選礦工藝所采集的原土品位高低,僅影響到精土的回收率高低,而不影響精土質量。因在選礦工藝流程中,僅有硅藻才能富集為餅,其余雜質均分選出去。為此,所得精土,幾乎由純凈的硅藻組成。

            硅藻精土的應用

            (一)硅藻精土處理劑處理污水的工藝

            <1>技術原理

            硅藻精土是由不導電的非晶體二氧化硅組成硅藻殼體和6-110鈉米的超導硅藻納米微孔使得硅藻表面形成不平衡電位。在污水處理時,硅藻精土處理劑被微量加入污水中,在高速攪拌,或抽吸污水的泵機葉片旋轉下,硅藻表面的不平衡負電位能破壞污水中由負離子核形成的正電離子圈,并中和懸浮離子的帶電性,導致膠體顆粒和膠團結構的ξ電位減小或為零,從而達到膠體顆粒脫離作用的目的,促使水中的污染物快速物理絮凝、沉淀。同時加上硅藻具有巨大的比表面積,巨大的孔體積和較強的吸附力,把超細微粒物質吸附到硅藻表面,形成鏈式結構,瞬間下沉與水體分離。在特制專用設備中,水體從由每克2.5億個以上的硅藻形成的數公尺渣層中浸出,污水中懸浮物、重金屬離子及細菌等被硅藻納米微孔超濾去除,清水向上溢出。另外硅藻還具有自身脫水的功能,通過負壓脫水機壓榨脫水,沉渣成餅狀裝袋取走,可再生利用。

            <2>工藝優勢

            該工藝不但具有各傳統工藝的綜合優點,同時彌補各處理工藝的不足,并且具有各傳統工藝所做不到的,沉渣可徹底取走并回收使用的特殊優點。本工藝效果好、投資少、運行費低、占地小、自動化程度高、實用行強、無二次污染、重金屬離子去除率高、不受氣溫影響、可建成園林景觀等,可作為各類大、中、小型企業工業廢水和特大型城市污水處理。優于國內外各傳統工藝的具有國際先進水平的污水處理工藝。

            (二) 硅藻精土改性瀝青

            在瀝青路面材料中添加一定量的硅藻精土可制成具有佳附著強度和延長路面壽命的混合料。硅藻精土增加了瀝青的流動阻力,并有效地使路面泛油形成車轍和擠漿現象減少到低程度。硅改瀝青壓制的路面具有良好的柔性磨擦作用,等同于橡膠路面,具有良好的防滑性和耐磨性。路面使用壽命至少為一般標準密積配比路面的二至三倍,此項技術已在云南省和其他地區高等級公路采用。

            (三)用硅藻精土制成“木材”

            硅藻精土經烘干后,具有吸水功能,按量投入特制管道,隋負壓氣流均勻向前。把特制樹脂溶于水中,加熱形成蒸氣,加進管道。硅藻精土吸水的同時,把樹脂同時吸至硅藻殼體表面。特制樹脂在高溫時沒有粘結性,而在常溫時才具有粘結性。表面帶特制樹脂的硅藻殼體在模具中加壓成型,被特制樹脂粘結為微孔人造石,經解板機械切為所需板材,制成硅藻精土“木材”。

            該新材料具有:放在強酸(氫氟酸除外)、強堿中不腐蝕,12000C以下高溫不變形,防水,堆密度0.3以下,僅是木材堆密度的1/3,可釘跑釘,隔熱,隔音,具有一定強度。既具有木材的一切優點又彌補了木材的一切缺點能完全代替木材的佳輕型功能性新材料。

            (四)硅藻精土其它應用

            硅藻土目前在世界上有500多種用途。因世界上沒有純凈的硅藻原土,而難于用于要求質量穩定的產品。硅藻精土的誕生,將推動硅藻土傳統產業迅速發展。

            <1>硅藻精土的主要性質

            (1)粒徑:顆粒是硅藻的基本單元,每克有2-2.5億個硅藻,粒徑在-800目以下。以均勻的粒徑作為優質填料。

            (2)比表面:硅藻精土每克重大約有100m2以上的比表面積。作為多孔性填料,其內表面比外表面大。由孔隙結構形成活性表面,具有巨大的附著能力,增加附著強度,有效均勻地附著在物料的表面。硅藻的多孔隙結構使物料表面形成亞光。

            (3)、顏色:硅藻精土是白色。

            (4)、密度:從經濟角度來說,填料的加入取代了一定體積的基體,因此 然關心所用填料的密度。硅藻精土的松散堆密度只有0.1-0.2g/cm3,緊堆密度只有0.2-0.3g/cm3,所以是經濟的填料。

            (5)硬度:硬度對于硅藻精土的應用有十分重要的意義。硅藻精土屬軟質填料,但由于它屬二氧化硅組成的非晶體結構,硅藻殼壁低莫氏硬度為4.5-5.5,莫氏硬度可達到5.6-6.0。

            (6)化學組分:化學組分決定了硅藻表面的性質,其成分是非晶質二氧化硅,為此它化學穩定性極好。不怕酸堿,不易氧化,能長久地維持物料的穩定性。優良的化學組分使它在浸潤性、分散性、硫化性、補強性、耐老化性等方面都表現出極為優良的品質。

            <2>硅藻精土對物料的綜合效應

            從經濟效益的角度來說,應用硅藻精土填料 先獲得的效果是它降低成本。但是隨著現代化的發展,不僅僅是要求價格競爭上占有優勢,而且要求提供理想的物理、化學性能的材料。

            (1)彈性效應:硅藻精土與物料混合后很重要的一個作用是使復合材料的彈性模量增大很多倍。加入物料時容易充分分散和混合均勻。

            (2)強度效應:由于硅藻精土比表面積非常大,則有利于提高物料的強度。對物料的彈性體系的增強,并對物料的斷裂伸長率克制,并在沖擊強度上有明顯的提高。

            (3)阻燃效應:阻燃將成為硅藻精土有前途的應用領域。硅藻精土無論加入橡膠、塑料及低制品中均能阻燃。例如硅藻精土加入紙漿可生產隔熱防火紙板,該紙板用氧焊火焰來吹燒也不能起火燃燒。早使用硅藻土的諾貝爾,在發明了硝化甘油后不能用于工業,一搖動就爆炸。晚年找到硅藻土作為吸附劑和穩定劑,把硅藻土加入消化甘油后則不會搖動爆炸,用雷管才能爆炸。 代炸藥才誕生了。

            硅藻精土加入物料后,與火焰接觸,而本身的結構卻不受破壞??梢员苊饪扇技衔镞M一步暴露在火焰之中,從而使內部深層不受破壞。

            (4)光學效應:硅藻精土加入物料后增加對光的散射界的面積,提高多角度的散射,形成的亞光,對面強光源照射下,物料不會產生光滑面的折射。

            (5)防腐、耐酸和耐磨效應:硅藻精土因其固有的化學惰性而能令物料表現出良好的防腐蝕性、耐酸堿性、并表現出良好的耐磨性。加入物料后,硅藻顆粒將完全被高物料所包裹,顆粒之間的機體便構成了連續相,這時硅藻精土的化學穩定性便基本上決定于基體。但是事實上,另一情況是在物料表面有不少硅藻顆粒呈裸露狀態。這時物料的化學穩定性決定于硅藻的化學穩定性。

            硅藻精土具有體積輕、孔隙度高、比表面積大、吸附性強、堅固、隔音、隔熱、耐酸、化學性質穩定和熱傳導性低等一系列優良特性。為此硅藻精土能代替高嶺土、輕質碳酸鈣、滑石粉等非金屬填料,用于造紙、油柒、人造革、塑料制品等等作為新功能性填料。

            硅藻精土可生產過濾空氣的分子篩,用于空調外層時可使室內獲得無菌空氣。用于香煙過濾嘴。

            硅藻精土可作為催化劑載體,用于汽車尾氣等有害氣體經催化劑轉化為無害氣體。催化劑載體是很多化工產品生產不可缺少的原料。

            硅藻精土可生產高級隔熱保溫材料---微孔硅酸鈣。

            硅藻精土是好的化粧品底料。

            硅藻精土可代替白碳核作橡膠的填料。

            硅藻精土可作為吸附劑、色譜固定劑等。

            利用物理選礦,把低品位硅藻原土優選為硅藻含量達92%以上高品質硅藻精土處理劑用于處理污水,創導了既有傳統污水處理工藝的綜合優點,同時又彌補了各處理污水技術的不足,使出水水質達到中水回用要求,實現了污水的資源化,具有廣闊的前景。

            硅藻精土處理劑由不導電的非晶體二氧化硅的硅藻殼體和超導的納米微孔組成,使硅藻表面形成不平衡電位。在水處理過程中,硅藻精土處理劑被微量加入污水中,在高速攪拌或抽吸污水的泵機葉片旋轉下,瞬間分散于水體中,硅藻表面的不平衡電位能中和懸浮離子的帶電性,導致膠體顆粒和膠團結構的ξ電位減小為零,從而達到膠體顆粒凝聚成較大的絮花,污染物由此被快速物理絮凝、沉淀,加之硅藻具有60m2/g的表面積和巨大的孔體積及較強的吸附力,把污水中的有機物和無機物細微和超細微的物質吸附到硅藻表面,形成鏈式結構并快速下沉與水體分離。在水處理設備中,水體自下而上,通過由每克2.5億個以上的硅藻形成數公尺的懸浮渣層,其懸浮物、重金屬離子及細菌被硅藻納米微孔超濾去除,清水則由主設備上方溢出。由于硅藻具有自身脫水的功能,用脫水設備很容易脫水、沉渣形成餅狀可裝袋運輸,可再生利用回收硅藻土;該工藝獲得專利(專利號ZL96122377.4)。

            利用硅藻精土,處理污水具有其它工藝難以相比的優點即:

            1、工藝流程短、設施結構緊湊、占地面積小,僅為其它處理工藝的1/3-1/5。

            2、投資省,僅為其它工藝的44-66%。

            3、管理方便,運行費用低,一般市政污水直接運行費不超過0.25元/m3,僅為其它工藝的1/3左右。

            4、處理后水質好:由于硅藻精土處理工藝的特殊作用對市政污水,SS去除率達99.9%;BOD5出水僅20mg/l以下,去除率達92%;CoDcr去除率大于90%;總氮去除率78%以上;總磷去除率大于90%。排水水質達到和超過(GB18918-2002一級A標準)可進一步簡單處理即可作中水回用。

            5、污泥渣收集容易,可回收重新生產硅藻精土,由于具有質輕、隔熱、保溫、無毒的特性,也可作建材和農肥使用。

            6、由于工藝較簡單,采用設備較少,便于實現自動化控制。

            7、工藝對外界環境變化影響小,四季運行平穩,出水水質穩定。

            廢水微波處理技術

            (一)微波凈化污水的機理

            微波技術起源于20世紀30年代,初應用于通訊領域,直到近十幾年間,人們才開始注意到微波技術應用在環境保護領域內的潛力,目前微波現已成功地用于廢氣、廢水、固廢的處理和環境監測。

            微波處理污水是運用微波具有對流體中吸波物質物化反應有強烈的催化作用、對流體有穿透作用和殺滅微生物的功效。當流體置于微波場中,流體中各種固相微粒能迅速匯聚沉降與水分離,其溶解性的物質(包括高分子有機物)在微波高頻穿透下進行解吸和消降,終分解率達100%,且處理后的水質長期保持穩定。微波還具有對菌、藻殺傷力極強的特性,在20—30秒內藍藻即由微粒匯聚成大顆粒沉降與水分離。

            (二)廢水微波處理技術的優點

           ?、?廢水微波處理技術的優點

            污水微波處理法與傳統污水處理法相比較有如下優點:

            1) 單位污水處理投資強度低,規模大于5000m3/d時,單位投資強度為800~1000元/m3污水;

            2) 占地面積小,同等規模僅為傳統污水處理法的占地面積的1/10~1/30;

            3) 實施靈活,污水微波處理技術不僅適于大、中、小型工程的新建,也適用于現在運行中的傳統技術污水處理廠的技術改造,尤其是使用在高難度的工業污水處理上,具有國內外目前其它污水處理技術所不能達到的效果。如焦化廢水、印染污水、造紙廢水等高難度工業污水是從今以前所不能解決的重大難題,現在已經有從根本上完全解決的跨越性技術突破,解決了國內目前對該類污水治理難題,對提高出水水質、深度脫磷、實現污水資源化。從根本上解決人類的生活和生產活動給江河湖泊帶來的污染,使水環境步入良性循環;

            4) 工藝流程短,污水中污染物降解的物化反應迅速,污水經調配進入微波場20~30秒流出,5~7分鐘完成澄清分離,產出清水和無菌污泥;

            5) 單位污水處理運行費用低,運行費用中主要兩項指標是:綜合能耗為0.21~0.28度/m3;二是藥劑消耗為0.08~0.10元/m3;

            6) 污水中污染物清除徹底,經微波一次性處理后產出的清水其主要理化指標可達到或接近國家地表水環境質量Ⅲ類;

            7) 污水處理進程不受周圍環境溫度和原污水污染物濃度影響,傳統污水處理工藝卻受控于這兩個因素的影響;

            8) 污水處理過程中可根據需要隨意開、停,傳統生化法和活性污泥法一旦停止運行后,需要半個月至1個月才能恢復正常運行;

            9) 實現水的可持續利用和污水資源化,解決淡水資源日益短缺的問題;a、產出無菌清水可回用,b、產出無菌污泥可作用高效復合肥原料。

            10) 污水微波處理對殺滅藍藻和殺滅污水中的病原體具有特效,示范工程檢測數據表明,市政污水微波處理前糞大腸菌群值為24×104個/L,出口僅為20個/L。
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