浙江嵊县硅藻土的矿物组成与热导性能分析

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩。硅藻土主要用于制造保温材料、填料和滤剂等，在铸造行业主要用于砂型（芯）及金属型（芯）的保温或绝热涂料。

1.硅藻土的基本性能

（1）产状及性质 硅藻土呈疏松土状，孔隙率达80%～90%，能吸收本身质量1.5～4偌的水；松散密度为0.3～0.5g/cm³，莫氏硬度为1～1.5级（硅藻骨骼微粒为4.5～5μm）。硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、针状、筒状、羽状等。

硅藻土的颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等。原土中杂质少，通常呈浅色，当杂质含量增加时，则呈现出灰色、灰绿色、灰褐色等深色。

硅藻土有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性，是热、电、声的不良导体，熔点为1650～1750℃，化学稳定性好，不溶于除氢氟酸以外的任何强酸，但能溶于强碱溶液中。

（2）矿物组成 硅藻土中的SiO₂多数是非晶质的，其主要矿物为蛋白石及其变种，其次是与其共存的各种黏土矿物（高岭石、蒙托石、水云母等）和碎屑矿物（石英、长石、黑云母等），另外还有有机质，含量从微量到30%（质量分数）以上。表2-72列出了浙江嵊县硅藻土的矿物组成。

表2-72浙江嵊县硅藻土的矿物组成

（3）化学组成 SiO₂是硅藻土的主要成分，通常质量分数在80%以上，最高的质量分数可达94%。硅藻土中SiO₂质量分数达到60%以上即可列入开采、利用的范围。SiO₂含量越高（指非晶质SiO₂），硅藻土的质量越好。除SiO₂外，硅藻土中还含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O和Na₂O等。硅藻土的化学成分与物理性能见表2-73。

表2-73 硅藻土的化学成分与物理性能

（4）导热性 硅藻土密度为0.4～0.9g/m³，热导率极小，因而常用作隔热材料。密度为0.53g/m³的硅藻土块热导率在200℃时为0.0158W/（m·K），在800℃时为0.0219W/（m·K）。其热导率与密度关系较大，表2-74列出了松散填充的硅藻土不同温度下的热导率。

表2-74 硅藻土的热导率

2.硅藻土的技术条件

JC/T 414—2000《硅藻土及其试验方法》对硅藻土的技术条件做了规定，见表2-75。(www.xing528.com)

表2-75 硅藻土的技术条件

图2-7 硅藻土的热分析及加热性能谱图

a）差热分析（DTA）曲线 b）热重分析（TG）曲线 c）热膨胀曲线 d）加热收缩曲线

3.硅藻土的加热变化

硅藻土的加热性质对用作隔热保温材料的原料是十分重要的。用作隔热材料的硅藻土，其Al₂O₃的质量分数约为10%，Fe₂O₃及CaO、MgO等的质量分数约为5%，耐火度约为1500℃。不同产地的硅藻土，其加热变化差异很大，必须具体原料具体分析。

（1）热分析 图2-7a和图2-7b所示分别为浙江嵊县硅藻土的差热分析（DTA）和热重分析（TG）曲线。DTA曲线表明，该硅藻土中含有磁铁矿（Fe₂O₃），在903℃处有放热反应。由TG曲线可见，硅藻土在200℃左右和600℃左右有两个明显的脱水过程，分别脱去吸附水和结晶水，到750℃以后，脱水过程即告结束，总失重为13.1%。

（2）热膨胀性 图2-7c所示为浙江嵊县与云南腾冲硅藻土的热膨胀曲线。前者膨胀较大巨在600℃左右有急剧膨胀现象，而后者随温度升高膨胀较小巨无显著变化，这表明嵊县试样比腾冲试样中的石英含量高，在573℃产生晶型转变而发生较大的体积效应。

（3）加热过程的物相变化 对硅藻土加热过程X射线衍射分析的研究表明：在800℃以前物相无变化，在900℃开始结晶，自1150℃左右起，结晶化作用激烈，在1400℃方石英的生成量显著增加，温度再上升至1500℃，硅藻土即熔融。对硅藻土加热过程的密度变化研究表明：在200～400℃，由于含水SiO₂脱水，密度一度增大，以后随着温度的上升而减小，在700～800℃表现为最低值；当温度再升高时，密度又继续增大，并在1200℃左右与方石英和鳞石英的密度相同，说明其已完全转变为结晶的SiO₂。纯的硅藻土在1300℃以下，结构不发生变化；杂质含量多时，1100℃即开始熔融。

（4）加热烧结 图2-7d所示为不同产地硅藻土的加热收缩曲线。由图可见，云南昆明和浙江嵊县硅藻土在1100℃就开始急剧收缩，而云南腾冲硅藻土在1100℃出现明显收缩后便趋于平稳，直到1350℃才开始急剧收缩，这表明，前两者的烧结温度在1000℃以下，而后者则达到1200℃左右。

通过测定加热过程中硅藻土的比表面积变化，可以准确地反映其烧结情况。比表面积明显减少说明烧结开始；比表面积很小时，表明硅藻土已熔结在一起。表2-76列出了几种硅藻土比表面积的加热变化情况。从表中可以看出，经选矿加工的精土，由于品位高，杂质少，其烧结温度明显提高。

表2-76 硅藻土加热过程中的比表面积变化 （单位：m²/g）

从以上硅藻土加热过程的变化可知，硅藻土作为隔热保温材料，其使用最高温度在900℃左右，不宜超过1000℃。