采用硅酸鹽化學成分分析方法測定的硅藻土SiO2含量中包括了硅藻顆粒的SiO2含量和與硅藻土共/伴生的硅酸鹽礦物(如石英、長石、云母）的二氧化硅含量。

這種測試基于是化學成分=硅藻土質量？顯然，化學成分≠硅藻土質量，這種測試是不夠準確的。

1、硅藻土行業標準修訂的背景

硅藻土是一種生物成因的硅藻沉積巖，是由古代硅藻遺骸經長期的地質作用形成的一種天然多孔礦物材料。雖然硅藻土的主要化學成分是二氧化硅,但是,它的礦物成分及結構與石英、長石、云母、黏土等硅酸鹽礦物不一樣。而標準中的二氧化硅含量中包括了硅藻土的SiO2含量和與硅藻土/伴生的硅酸鹽礦物的SiO2含量，不能真實反映硅藻土的質量品級。

結論：“硅藻含量”才能真實反映或評價硅藻土（原土和選礦精土）的質量。修訂稿應增加“硅藻含量。

JC/T414-XXXX《硅藻土及其試驗方法》（代替JC/T414-2000）

 

2、主要問題是用什么方法定量分析“硅藻含量”？

XRD：晶質硅如石英以及長石、云母、蒙脫石、高嶺土等常用的礦物含量分析方法。

      缺點：硅藻土的礦物成分為蛋白石，屬非晶質或無定型生物成因硅質巖，XRD難以準確定量。

光學顯微和SEM：可以直觀分析觀察硅藻顆粒的形貌（多孔且分布有規律）。

      要求：一要樣本有足夠代表性，二要對硅藻土粉進行良好分散，三要對足夠多數量的樣品顆粒進行測量和統計分析

氮吸附（BET）：可以分析比表面積、孔體積、孔徑分布。

      不足：與硅藻土比表面、孔徑分布范圍交叉重疊的多孔礦物及多孔粉體很多,沒有唯一性。

其他：如堆積密度。

硅藻土雖輕，但也不具唯一性

硅藻土標準硅藻含量的檢測方法

根據以上背景，硅藻土行業標準修訂小組確定采用“水熱堿溶法”結合化學分析定量分析硅藻。

科學依據：硅藻土的二氧化硅是無定形或非晶質二氧化硅，可以在100°C以下的水熱條件下進行堿溶，生成硅酸鈉；而石英、長石、云母、黏土等硅酸鹽礦物中呈硅氧四面體結構的晶質二氧化硅在前述條件下不能在100°C以下水熱堿溶，因此，采用水熱堿溶法可以分析出硅藻二氧化硅含量，并將其作為硅藻含量。

硅藻含量的試驗方法

方法概要: 根據堿溶前煅燒樣品的二氧化硅含量與堿溶后洗凈濾渣的二氧化硅含量計算硅藻土礦樣的硅藻含量。

取約40g硅藻土樣品，在干燥箱中（105~110）°C下烘干3h，取出置于干燥器中冷卻后，取約30g置于馬弗爐中在700°C下煅燒30min。取一部分煅燒后的樣品按5.4所述方法分析二氧化硅含量；再準確稱取煅燒后的硅藻土樣品20g（精確至0.0001g）于錐形燒瓶中，加蒸餾水或去離子水50mL，并按SiO2+2NaOH→Na2O •SiO2+H2O 計算分析純固體氫氧化鈉的加入量，稱取計算的氫氧化鈉加入錐形燒瓶后置于水浴鍋中控溫96°C下攪拌反應1.5h；反應液冷卻至60°C時用抽濾瓶抽真空過濾，并將濾渣用60°C熱水洗凈至用鹽酸（1+5）見不到白色沉淀生成。然后將濾渣在（105~110）°C下烘干3h，再按5.4所述方法對濾渣進行二氧化硅含量分析。

硅藻含量的計算方法

式中：

m1——堿溶前煅燒硅藻土中SiO2的質量（20g煅燒硅藻土´煅燒硅藻土中SiO2%含量），單位為克（g）；

m2——堿溶后濾渣中SiO2的質量（干燥后的濾渣質量(g)´濾渣中SiO2%含量），單位為克（g）；

20——堿溶煅燒硅藻土試樣的質量。

3、硅藻土中硅藻含量檢測方法的驗證試驗

4、硅藻泥中硅藻土含量檢測問題

問題的提出：

★硅藻泥的組成不同于硅藻土礦，成分更加復雜；

★硅藻泥中的非晶質SiO2成分不僅僅來自硅藻土，還來自其他組分，如蛋白土頁巖及白炭黑；

★現在廣泛使用的硅藻土助濾劑大多是在900°C以上高溫熔劑助熔煅燒物，雖然在高倍電子顯微鏡下仍可見硅藻顆粒輪廓，但是相當多部分甚至大部分非晶質SiO2已經轉化為晶質SiO2 。

高溫煅燒硅藻土與硅藻精土物相與形貌對比：

熔劑助熔煅燒硅藻土（硅藻土助濾劑）

 

選礦硅藻精土（干燥品）

高溫煅燒硅藻土與硅藻精土比表面積與孔結構特性比較

硅藻泥的硅藻土含量檢測是一個需要慎重考慮的問題！

顯然，基于前述3個問題，無論是單獨SEM、XRD、氮吸附比表面積，還是這些方法的組合均不能定量檢測硅藻泥中的硅藻土含量；

“水熱堿溶法” （1）面臨硅藻泥中成分復雜，特別是不能區分蛋白土（日本稱之為硅藻巖）和白炭黑（主要是液相法生產的非晶質二氧化硅）的問題；（2）因為百度原因，目前硅藻泥產品中普遍使用高溫熔劑助熔煅燒硅藻土（即硅藻土助濾劑）。

硅藻土與蛋白土的對比

黑龍江嫩江蛋白土頁巖SEM（數據來源：中國礦業大學（北京）非金屬礦物材料實驗室）

北海道稚內層硅藻頁巖SEM（數據來源：通產省工業技術院名古屋工業技術研究所）

硅藻土與蛋白土的對比圖

硅藻土與硅藻頁巖的XRD（數據來源：通產省工業技術院名古屋工業技術研究所）

水蒸氣吸附等溫線（25°C）（數據來源：通產省工業技術院名古屋工業技術研究所）

解決問題的路徑何在？鄭水林提出以下兩種想法共大家討論和批判：

一是不拘泥于如何定量分析硅藻土含量。從硅藻泥性能指標上去修訂解決。因為硅藻土的主要功能是調濕，硅藻土用量的多少和硅藻土質量的高低肯定會在調濕性能上得到反映；當然這樣可能出現不用硅藻土的情況，但只要是比硅藻土的調濕性能還好，有什么不可呢？

二是“在電鏡下清晰可見完整硅藻顆粒或破碎硅藻顆粒”定性分析的基礎上,增加“水熱堿溶法” 定量分析。當然可能出現無法區分蛋白土和白炭黑的問題以及高溫煅燒硅藻土實際檢出量偏低、甚至檢測不出的問題。但硅藻土的礦物成分本來就是蛋白石，白炭黑的用量及有限且有益；至于高溫煅燒硅藻土可能因此而被棄用，但棄用它對行業發展有害嗎？

標準制定或修訂是影響行業發展的一件大事和要事。尤其是硅藻泥！

★首先需要行業內專家、學者、企業家和業內從業者認真研討，集思廣益，形成共識。

★指標和方法的確定要科學、實用，方便；確定之前要進行必要的試驗和驗證。
    以上信息由中國新型涂料網編輯整理，資料來源為:
    報告人：鄭水林    
    單位：中國礦業大學（北京）
    電話：13601339820
    Email：shuilinzh@sina.com；zhengsl@cumtb.edu.cn