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硅藻土

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食品级硅藻土样品

硅藻土是一种天然存在的、柔软的硅质沉积岩，容易破碎成细小的白色至灰白色粉末。由硅藻的细胞壁沉积而成；淡黄色或浅灰色，质地软而轻，可轻易的磨成粉末；密度低、多孔隙、有粗糙感，有极强的吸水性。烘箱干燥的硅藻土的典型的化学组成为80〜90％的二氧化硅、2〜4％的氧化铝（归因大多以粘土矿物）和0.5～2％的铁氧化物。

硅藻土由硅藻化石残骸组成，硅藻是一种硬壳原生生物（金藻）。它被用作过滤助剂，包括金属抛光剂和牙膏的产品中的温和磨料、机械杀虫剂、液体吸收剂、涂料消光剂、塑料和橡胶中的增强填料、塑料薄膜中的防粘连剂、化学催化剂的多孔载体、猫粪、凝血研究中的活化剂、炸药的稳定成分、隔热材料以及盆栽植物和树木如盆景的土壤。

1 地质和发生编辑

1.1 组成

硅藻土的每一种沉积物都是不同的，是不同的纯硅藻土与其他天然粘土和矿物的混合物。每个矿床中的硅藻含有

在光学显微镜的明场条件下观察到的硅藻土。硅藻土由单细胞硅藻的细胞壁/外壳组成，很容易破碎成细粉。硅藻细胞壁由生物硅构成，硅是在硅藻细胞中由硅酸聚合作用合成的。这是一张水中硅藻土颗粒图像，的比例尺为6.236像素/μm，整个图像覆盖了大约1.13 mm x 0.69 mm的区域。
不同数量的二氧化硅，这取决于矿床的年龄。硅藻的种类在沉积物中也可能不同。硅藻的种类取决于矿床的年龄和古环境。反过来，硅藻的形状由其物种决定。

加拿大不列颠哥伦比亚省的许多沉积物，如红湖地球，来自中新世，含有一种硅藻，称为细粒硅藻(Melosira granulata)。这些硅藻大约有1200万到1300万年的历史，呈小球状。一个含有这个时代硅藻的矿床比一个老矿床有更多的好处。例如，创新世时期(约4000万至5000万年)的硅藻吸收流体的能力不那么有效，因为较老的硅藻会再结晶，它们的小孔被硅石填充。[1]

1.2 形成

硅藻土是由死硅藻(微观单细胞藻类)的无定形二氧化硅(蛋白石，二氧化硅nH2O)残余物在湖泊或海洋沉积物中积累而成的。化石遗骸由一对对称的贝壳或硅藻壳组成。[2]

1.3 发现

1836年或1837年，德国农民彼得·卡斯滕(Peter Kasten)在德国北部Lüneburg Heath的Haußelberg山北坡打井时发现了硅藻土(德语: Kieselgur)。[2][3][4]

1.4 Lüneburg Heath的开采和储藏地点

Neuohe——从1863年到1994年的开采

Wiechel从1871年到1978年

Hützel从1876年至1969年

Hösseringen从1880年到1894年

Hammerstorf，从1880年到1920年

Oberohe从1884年到1970年

Schmarbeck从1896年到1925年左右

steinbeck从1897年到1928年

Breloh 从1897年至1928年

schwindebeck从1913年到1973年

Hetendorf，从1970年至1994年

这些沉积物厚达28米(92英尺)，都是淡水硅藻土。

  • c.1900-1910年，诺茵赫矿（Neuohe）中的硅藻土矿坑

    c.1900-1910年，诺茵赫矿（Neuohe）中的硅藻土矿坑

  • c. 1900–1910 干燥区：一个点火桩正在准备中，另一个正在进行中。

    c. 1900–1910 干燥区：一个点火桩正在准备中，另一个正在进行中。

  • 1913: 诺茵赫矿工厂的员工，工人和女厨师正在干燥棚前。直到第一次世界大战，几乎全世界硅藻土的生产都来自这个地区。

1913:

1.5 其他矿藏

在德国，在Vogelsberg（Upper Hesse）的Altenschlirf[5] 和Klieken[6] （Saxony-Anhalt）也提取了硅藻土。

捷克共和国Soos自然保护区有一层高达4米(13英尺)厚的硅藻土。

苏格兰西海岸外的斯凯岛上的矿藏一直开采到1960年。[7]

在科罗拉多州和美国内华达州克拉克县，有些地方的沉积物厚达几百米。海洋沉积物已经在加利福尼亚州圣巴巴拉县靠近洛姆波克和南加州海岸的西斯科地层中被发现。马里兰、弗吉尼亚、阿尔及利亚和丹麦的莫克莱都有更多的海洋矿藏。淡水湖泊沉积发生在内华达州、俄勒冈州、华盛顿州和加利福尼亚州。湖泊沉积也发生在美国东部、加拿大以及德国、法国、丹麦和捷克共和国的间冰期湖泊中。硅藻土矿床和火山矿床的全球联系表明，火山灰中的二氧化硅对于厚硅藻土矿床可能是必要的。[8]

硅藻土有时存在于沙漠表面。研究表明，硅藻土在这些地区(如撒哈拉的博德莱洼地)的侵蚀是大气中影响气候的灰尘的最重要来源之一。

硅藻的硅质硅藻壳积聚在新鲜和微咸的湿地和湖泊中。一些泥炭和淤泥含有足够多的硅藻壳，可以开采。佛罗里达的硅藻土大多是在湿地或湖泊的淤泥中发现的。从1935年到1946年，美国硅藻土公司每年从佛罗里达州克莱蒙特附近的加工厂提炼出最多145吨硅藻土。佛罗里达州莱克县几个地方的淤泥被干燥和焚烧(煅烧)以生产硅藻土。[9] 它以前是从冰岛的梅瓦特湖提取的。

硅藻土的工业矿床仅限于第三纪或第四纪。早在白垩纪时期就有较老的矿床为人所知，但质量较低。[8]

2 应用编辑

硅藻土有几种商业用途:

颗粒硅藻土是一种简单粉碎的原料，便于包装；

磨碎或微粉化的硅藻土特别细(10 m至50 m ),用于杀虫剂；

煅烧硅藻土经过热处理并活化用于过滤器。

2.1 炸药

1866年，阿尔弗雷德·诺贝尔发现硝化甘油如果被硅藻土吸收，会变得更加稳定。与原料形式的硝酸甘油相比，这样可以更安全地运输和处理他在1867年将这种混合物作为炸药申请了专利；这种混合物也被称为古尔炸药。

单个硅藻的细胞壁甚至在商业化处理过的过滤介质中也能保持其形状，比如游泳池的过滤介质。

在南极活的海洋硅藻（放大）

2.2 过滤

Celle工程师威廉·伯克菲尔德(Wilhelm Berkefeld)认识到硅藻土过滤的能力，他开发了用硅藻土烧制的管状过滤器(称为过滤蜡烛)。[10] 1892年汉堡霍乱期间，这些伯克菲尔德过滤器被成功使用。硅藻土的一种形式被用作过滤介质，特别是用于游泳池。它有很高的孔隙率，因为它是由微小的中空颗粒组成的。硅藻土(有时称为商标名称如Celite)在化学中用作过滤助剂，过滤非常细的颗粒，否则这些颗粒会穿过或堵塞滤纸。它也用于过滤水，特别是在饮用水处理过程中，鱼缸中，以及其他液体，如啤酒和葡萄酒。它还可以过滤糖浆、糖和蜂蜜，而不去除或改变它们的颜色、味道或营养特性。[11]

2.3 磨料

硅藻土最古老的用途是作为一种非常温和的磨料，为此，它已被用于牙膏和金属抛光剂，以及一些面部磨砂。

2.4 害虫防治

硅藻土是一种有价值的杀虫剂，因为它具有磨蚀性和物理吸附性。[12] 细粉从许多种类昆虫的外骨骼蜡质外层吸收脂质；这一层充当屏障，阻止水蒸气从昆虫体内流失。损坏这层会增加水分从身体中的蒸发，从而导致脱水，通常是致命的。

根据菲克扩散定律，节肢动物因水压不足而死亡。这也对腹足动物有效，通常被用于园艺来打败蛞蝓。然而，由于蛞蝓生活在潮湿的环境中，功效非常低。硅藻土有时与引诱剂或其他添加剂混合，以提高其效力。

·        沉积物中硅藻的形状尚未被证明会影响其吸附脂质的功能；然而，某些应用，如蛞蝓和蜗牛，在使用特定形状的硅藻时效果最好，这表明脂质吸附不是全部。例如，在蛞蝓和蜗牛的例子中，多刺硅藻最能撕裂软体动物的上皮。硅藻壳将在一定程度上作用于绝大多数蜕皮动物，如节肢动物或线虫。它也可能对冠轮动物有其他影响，如软体动物或环节动物。

医用级硅藻土作为驱虫剂在牛身上的功效已经被研究过了；在这两项研究中，被硅藻土处理的组并不比对照组表现更好。[13][14] 它通常用来代替硼酸，可以用来帮助控制和可能消除臭虫、室内尘螨、蟑螂、蚂蚁和跳蚤的侵扰。[15]

硅藻土广泛应用于储粮害虫防治。[16]

为了有效地作为杀虫剂，硅藻土必须是未煅烧的(即，在施用前不得热处理)，[17] 并且硅藻土的平均粒径低于约12 m(即，食品级——见下文)。

尽管被认为是相对低风险的，但含有硅藻土的杀虫剂在美国并不免除联邦杀虫剂、杀真菌剂和杀鼠剂法案的管制，而且必须在环境保护局注册。[18]

2.5 热的

它的热性能使其能够在一些防火保险箱中用作屏障材料[需要引证]它也用于低温真空粉末绝缘。[19] 硅藻土粉末被插入真空空间，以帮助提高真空绝缘的效果。在经典的AGA炉具中，它被用作隔热层

2.6 催化剂载体

硅藻土也可用作催化剂的载体，通常用于最大化催化剂的表面积和活性。例如，镍可以负载在这种材料上——这种组合被称为镍——硅藻土——以提高其作为加氢催化剂的活性。[20]

2.7 用于农业

天然淡水硅藻土作为抗结块剂和杀虫剂用于农业储粮。[21] 它被食品和药物管理局批准作为饲料添加剂[22] 以防止结块。

一些人认为它可能被用作天然驱肠虫剂，尽管研究还没有表明它是有效的。[13][14] 一些农民将其添加到畜禽饲料中，以防止饲料结块。[23] 日“食品级硅藻土”在农业饲料供应商店广泛销售。

淡水硅藻土可用作水培花园的生长介质。

它也用作盆栽植物的生长介质，特别是盆景土壤。盆景爱好者使用它作为土壤添加剂，或者在100%硅藻土中盆栽盆景树。在蔬菜种植中，它有时被用作土壤改良剂，因为像珍珠岩、蛭石和膨胀粘土一样，它能保持水分和养分，同时快速自由地排水，允许生长介质中的高氧气循环。

家畜营养实验中的标记

天然干燥的、未经煅烧的硅藻土经常用于家畜营养研究，作为酸不溶性灰分(AIA)的来源，酸不溶性灰分被用作不可消化的标记。通过测量AIA相对于从末端回肠(小肠的最后三分之一)取样的试验饮食和粪便或消化物中的营养物的含量，可以使用以下等式计算消化的营养物的百分比:

  

其中:

N是养分消化率(%)

Nf是粪便中营养物质的量(%)

NF是饲料中营养物质的含量（%）

Af是粪便中AIA的含量（%）

AF是进料中的AIA量（%）

天然淡水硅藻土比氧化铬更受许多研究人员的青睐，氧化铬已被广泛用于相同的目的，后者是一种已知的致癌物质，因此对研究人员具有潜在危害。

建筑

酿造过程中产生的废硅藻土可以添加到陶瓷块中，用于生产具有较高开孔率的红砖。[24]

3 具体品种编辑

tripolite是在利比亚的黎波里发现的品种。

Bann粘土是在北爱尔兰下班尼山谷发现的品种。

Moler(钼粘土)是在丹麦西北部，特别是富尔和莫尔斯岛上发现的品种。

淡水来源的食品级硅藻土是美国农业中用于谷物储藏、饲料补充和杀虫剂的一种类型。它是未煅烧的，具有非常细的粒度，晶体二氧化硅含量非常低(< 2%)。

盐水衍生的泳池/啤酒/葡萄酒过滤等级不适合人类食用，也不能有效用作杀虫剂。通常在出售前煅烧以除去杂质和不希望有的挥发性成分，它由比淡水形式更大的颗粒组成，并且具有高结晶二氧化硅含量(> 60%)。

4 微生物降解编辑

海洋和湖泊中的某些细菌种类可以加速死硅藻和活硅藻中二氧化硅的溶解速度；通过使用水解酶分解有机藻类物质。[25][26]

5 气候学的重要性编辑

地球的气候受大气中尘埃的影响，因此定位大气尘埃的主要来源对气候学很重要。最近的研究表明硅藻土表面沉积物起着重要作用。研究表明，大量灰尘来自乍得的博德莱洼地，风暴将硅藻土砾石推过沙丘，通过磨损产生灰尘。[27]

6 安全注意事项编辑

吸入结晶二氧化硅对肺部有害，会导致矽肺。无定形二氧化硅被认为毒性低，但是长时间吸入会导致肺部发生变化。[28] 硅藻土主要是无定形二氧化硅，但含有一些结晶二氧化硅，尤其是盐水形式的。[29] 在一项对工人的研究中，那些暴露在天然D.E.中超过5年的工人肺部没有明显变化，而暴露于煅烧形式的人中有40%患有尘肺病。[30] 今天常用的D.E.配方使用起来更安全，因为它们主要由无定形二氧化硅组成，并且含有很少或不含结晶二氧化硅。[31]

在美国，二氧化硅晶体含量由职业安全与健康管理局(OSHA)监管，国家职业安全与健康研究所(National Institute for Professional Safety and Health)有指导方针，设定产品(1%)和工人呼吸区附近空气中允许的最大含量，建议在8小时工作日内的暴露限值为6毫克/立方米。[31] 职业安全与健康管理局已将硅藻土的允许接触限值设定为20 mppcf (80毫克/立方米/%二氧化硅)。硅藻土含量为3000毫克/立方米时，会立即对生命和健康造成危险。[32]

在20世纪30年代，人们发现，暴露于高浓度的气载结晶二氧化硅环境中几十年的水晶石D.E.工业的工人会增加患硅肺的风险。[33]

如今，当二氧化硅浓度超过允许水平时，工人需要使用呼吸保护措施。

池式过滤器生产的硅藻土经过高温(煅烧)和助熔剂(纯碱)处理，使原来无害的无定形二氧化硅呈现其结晶形式。[31]

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