我國硅藻土礦利用現狀及開發利用對策

李志威，王 鴿，李忠水，王 宏, 郭 霞，趙 琪，南 瑤

(1.中國建筑材料工業地質勘查中心，北京 100035；2.咸陽非金屬礦研究設計院有限公司，陜西 咸陽 712021；3.中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033)

硅藻土是硅藻的遺骸堆積而形成的一種具有多孔性的硅質巖石[1-2]，化學成分以SiO2為主，可用SiO2·nH2O表示，礦物成分為蛋白石及其變種[3]。主要分布在美國、中國、日本、丹麥、法國、羅馬尼亞等國。硅藻土因其良好的物理和化學特性，廣泛應用于食品、醫藥、環保以及生態建材、催化劑與農藥載體、瀝青改性劑、復合材料等領域[4]，是一種與現代食品安全、生物制藥、健康環保、節能等相關的重要非金屬礦產資源與功能礦物材料。

本文對我國硅藻土資源進行調研分析，從資源分布及硅藻土性能等方面對我國硅藻土特點進行闡述；從我國硅藻土市場產業現狀及主要地區產業情況對市場現狀進行分析，總結我國硅藻土消費結構，提出硅藻土市場開發利用存在問題，并提出產業發展建議。伴隨我國節能、環保要求的提高，以及工業發展、人民生活水平提高和硅藻土產業自身的技術進步，為我國硅藻土產業發展提供良好的發展機會。

1 我國硅藻土資源特點

據統計，全球122個國家和地區都有硅藻土資源，儲量約28億t；其中美國是世界上最大的硅藻土儲量國[5]，硅藻土儲量約為6.8億t，占世界總量的24.2%；中國僅次于美國，硅藻土儲量約占全球總量的20%左右，位列世界第二。近年來，在阿爾及利亞、阿曼、新西蘭和贊比亞等地陸續發現新的硅藻土資源。在全球硅藻土資源中，僅有美國加利福尼亞州的羅姆波克礦床、中國吉林省長白的馬鞍山礦床和西大坡礦床，可不經選礦直接加工生產硅藻土助濾劑[6]。

1.1 資源分布

我國已探明儲量5.13億t，遠景儲量超過20億t，主要分布在吉林、內蒙古、浙江、云南等地[7-8]，其中吉林省探明儲量約3.56億t，占全國探明儲量的70%，吉林長白山地區遠景儲量超過6億t；云南省探明儲量0.82億t，約占全國探明儲量的16%；浙江省探明儲量0.43億t，約占全國探明儲量的8%。吉林、云南、浙江三省的探明儲量約占我國探明儲量的90%；四川、內蒙古等其余省區約占10%。

1.2 資源類型

根據硅藻土中硅藻含量及其特征礦物共生情況，可將硅藻土類型劃分為高純硅藻土、粘土質硅藻土、高燒失量硅藻土、高鈣硅藻土和高油硅藻土五種類型。

從品質上看，我國硅藻土礦石以含粘土硅藻土和粘土質硅藻土為主，硅藻含量大多在80%以下(表1)。

表1 硅藻土類型特征

我國優勢硅藻土資源主要集中于吉林長白，有I級硅藻原土，且資源儲量較大，其他地區硅藻土為Ⅱ級、Ⅲ級土。吉林省硅藻土礦主要分布在臨江、長白、撫松、靖宇、延邊敦化、通化梅河口等地，但優質硅藻土主要分布于臨江—長白地區，是國內硅藻土資源儲量最大的礦區，也是國內優質硅藻土資源的集中地。截止2017年底，臨江—長白地區累計查明資源儲量超3億t，查明資源儲量占全省的89.76%。Ⅰ級品和Ⅱ級品主要分布于臨江—長白地區，資源儲量約0.80億t，占資源儲量的23.28%，其中，臨江市Ⅰ+Ⅱ級硅藻土資源儲量3 200萬t左右，長白縣Ⅰ+Ⅱ級硅藻土4 800萬t左右。其他地區均為Ⅱ級、Ⅲ級品和Ⅳ級品。

硅藻土中的其他礦物成分主要包括粘土礦物(高嶺石、蒙脫石、水云母等)、碎屑礦物(石英、長石、云母等)、自生礦物(黃鐵礦、方解石、白云石等)和有機質，這些礦物成分的含量因礦石類型而不盡相同。雜質礦物的存在，不僅影響硅藻土的物理化學性質，而且還直接影響它的過濾性能(如減小孔隙率及孔體積等)。硅藻土中的鐵、鈣等有害成分含量相對較高，以分離狀態存在，其溶出率較高，許多飲料、酒類過濾時，鐵溶出量高會影響產品的口感和風味。硅藻土中方石英含量過高，也影響硅藻土的助濾性能。所以，應盡可能地去掉硅藻土中所含的雜質，提高其SiO2純度，硅藻土的純度越高，應用性能越好。

1.3 硅藻土的性能

硅藻土是一種單細胞藻類，其形狀極為細小，一般只有幾微米到幾十微米[12]。顏色為白色、灰白色和淺褐灰色等，主要物理性能是松散、質輕、多孔和滲透性強，熱穩定性好，化學穩定性好，而且是熱、電、聲的不良導體[13]。其短程有序的微孔結構及活性二氧化硅組分，賦予了硅藻土獨特的吸附凈化、保溫隔熱、吸聲降噪、助濾/過濾等功能。充分利用硅藻土的天然特性，使其在助濾劑、涂料、填料、載體、保溫隔熱、建材等行業被廣泛使用，并逐漸發展成為新興產業不可替代的原材料。

根據硅藻殼片的大小、形態和孔結構等特征進行硅藻種屬分類，可細分為2個目16個科。我國主要藻類為圓盤藻、小環藻和冠盤藻(圖1a、b)、圓篩藻(圖1b)、管狀藻(圖1c)、直鏈藻(圖1d)等。吉林、山東、浙江、四川以中心硅藻綱為主，這種硅藻土用作催化劑載體性能較差，可以用作助濾劑、保溫隔熱材料和各種填料、研磨料等方面；云南騰沖以羽紋綱的硅藻為主，這種硅藻土經煅燒后，可以制作不同型號助濾劑；內蒙古以管狀硅藻土為主，這種硅藻殼對催化劑有很好的承載性和透氣性，所以它是用作催化載體的優質原料[14-16]。

圖1 電子顯微鏡下硅藻結構形態

長白馬鞍山、臨江六道溝的硅藻土硅藻屬種以小環藻、圓篩藻為主，都以堆密度小、孔體積小、比表面積小、孔半徑大為特征，是用作助濾劑的優質材料。白山地區的硅藻土性能最獨特，可用于生產各類硅藻土產品，但最具競爭力的領域是助濾材料，也是目前國內外硅藻土的主導性應用領域，其附加值也最高，其他填料、保溫材料等領域也有應用，但主要采用Ⅱ級及以下土。

2 我國硅藻土產業現狀

2.1 硅藻土產業狀況

自20世紀60年代，經過近六十年的發展，我國已形成僅次于美國規模的硅藻土加工利用產業鏈。目前有吉林、浙江、云南三大生產基地，硅藻土市場主要是過濾材料和保溫材料。在產品結構上，吉林以生產助濾劑為主導產品，浙江以生產保溫材料為主導產品，云南以生產低端助濾劑、保溫材料、填料和輕型墻體材料為主導產品。

從國內產量來看，近年來我國硅藻土產量逐年增長，截至2019年我國硅藻土產量為42萬t，同比增長1.2%(圖2)。

圖2 2015～2019年我國硅藻土產量及增速

硅藻土應用于助濾劑、保溫材料、建筑、造紙、填料、催化劑、土壤治理、硅藻泥、醫藥等眾多領域，具有廣闊的應用前景，但部分應用領域還沒有大規模開發利用。

2.2 硅藻土開發利用情況

(1)吉林硅藻土資源開發始于20世紀50年代，初期主要用于保溫、耐火材料；70年代開始研制、生產助濾劑和催化劑；80年代開發出微孔硅酸鈣保溫制品，并進行農業應用研發。20世紀90年代以來，硅藻土作為一種環保新型材料，市場需求量不斷加大，吸引了大量科研單位和企業進行深入研究和產品研發，硅藻土產業集中趨勢逐漸顯現。現有兩個省級硅藻土園區，分別是臨江硅藻土工業集中區和長白縣八道溝硅藻土特色工業園。

目前，吉林白山初步形成以過濾材料、功能填料、生態建材、載體材料四大類產品為主體的硅藻土產品體系。其中，過濾材料的主導產品助濾劑占全國市場份額超過90%；功能填料，如橡膠補強劑、塑料添加劑、造紙添加劑、輕質紙張填料、飼料添加劑、消光劑、化妝品和牙膏填料等年產量超5萬t；生態建材，如硅藻土地板、地磚、涂料、壁紙、瓷磚等，已經規模化生產，發展前景良好；載體材料，如催化劑載體、納米二氧化鈦載體、肥料和農藥載體等，具有釋放緩慢、環保、土壤不板結等特點，市場前景廣闊。

(2)云南生產硅藻土相關產品企業較多，但目前正常營業的較少。騰沖的硅藻土開采基本為農戶小規模露天開采，根據當地政府環保要求，騰沖的硅藻土深加工企業基本已經停滯，騰沖基本無產品流出或是白山企業代加工。云南尋甸縣硅藻土企業主要產品有路用硅藻土、助濾劑、保溫材料、農藥載體、橡膠補強劑等，其中農藥載體、污水處理劑少量應用，沒有形成較大規模的產業鏈，再加上當地的環保政策，云南的硅藻土只有零星產品。

(3)浙江由于當地環保政策原因，硅藻土企業基本已整合，大部分被關停，生產線也拆除，嵊州目前只有四家硅藻土企業。浙江的硅藻土資源品質差，只能做保溫板、耐火磚等，不能用于生產助濾劑產品。浙江嵊州的企業生產助濾劑用的白山硅藻土，年生產1～2萬t，且都是白山當地企業不做的零星市場，其余都生產填料、保溫板及耐火、隔熱磚等。

(4)內蒙古硅藻土屬于“雞窩礦”，開采條件差，能開采出的硅藻土原礦基本為直鏈藻或者管狀藻，品質不佳，產品性能不穩定，僅限于板材及部分催化劑產品，市場份額很小。

2.3 硅藻土消費結構

我國的硅藻土產品主要用于國內消費，少量用于出口。我國每年進口少量的高附加值的硅藻土[17]。經過60多年的發展，目前可生產過濾材料、保溫材料、功能填料、建筑材料、催化劑載體和水泥混合材料等制品[18]，應用于食品、醫藥、化工、建材、環保、石油、冶金、造紙、橡膠、農業、畜牧業等行業，產品達500余種之多，尤其是在過濾材料、吸附凈化、功能填料、土壤改良等領域前景廣闊(表2)，硅藻土資源的重要性逐步顯現，并形成了吉林、浙江和云南三大硅藻土基地。

表2 我國硅藻土主要產品及應用領域

我國硅藻土資源主要用于過濾材料和保溫材料。其中助濾劑是硅藻土最主要的用途和主流產品，助濾劑產量一般占到硅藻土總銷量的65%；填料、磨料約占硅藻土總產量的13%，吸附凈化材料約占總產量的16%，土壤改良及肥料約占總產量的5%，其他約為1%。以市場銷售量為依據，2018年我國硅藻土各類產品的銷售量見表3。

表3 2018年硅藻土各類產品的銷售量

總體來說，我國的硅藻土產量呈現穩中有升的趨勢，主要涉及助熔煅燒品、低溫煅燒品、非煅燒品、非煅燒造粒等。隨著我國經濟的發展，城市化的進程，我國對硅藻土資源需求力度正在加大，自1994～2019年我國的硅藻土表觀消費量逐年增加。

3 開發利用存在的問題

我國自20世紀50年代應用硅藻土資源以來，硅藻土的綜合利用能力逐步提高。盡管產業取得了長足的發展，但仍處在初級階段，基本特點是技術水平低，產品加工程度低，市場單一，企業規模小，處于資源密集型的粗放式經營狀態，與國外仍有較大差距(表4)。

表4 國內外硅藻土產業現狀對比

(1)資源綜合利用低。

我國硅藻土資源儲量大，尤其吉林白山硅藻土以品質好而聞名。白山市I級硅藻土(SiO2≥85%)約占總量的20%～25%，II級、III級土占總量的65%～70%。II級、III級土分別位于I級土的上下兩層，目前由于市場需求、技術水平有限，II級、III級土的利用偏低，導致礦山開采企業主要開采I級土，而將II級、III級土不開采，導致了大量的II級、III級土遺棄在礦層中，由于礦層坍塌，如果到I級土開發殆盡后再回來開采II級、III級土，開采難度將會更大，開采成本將會更高，資源開發綜合利用率低，沒有形成統一、規范的資源保護性開發總體設計。

(2)產業結構不合理。

生產企業以小規模的民營企業為主，在全國范圍內尚未形成占有較大市場份額的硅藻土加工及制品企業集團，尚未形成適應現代市場經濟和社會發展要求的規模化、集約化生產方式，屬于資源開發型企業。

(3)產品結構不合理。

硅藻土企業仍以原料采掘和初加工的生產模式為主，制品助濾劑為主，產品趨同嚴重，導致了產品供大于求。技術含量較高的深加工產品所占比重偏小，出口仍以原礦和初加工產品為主，不能完全滿足現代高新技術和新材料產業發展要求，市場競爭能力差。

(4) 技術與裝備落后。

我國硅藻土深加工工藝及技術裝備相對落后，加工的產品檔次偏低，達不到國外同類產品的性能指標，且資源浪費和生態破壞現象嚴重。

(5) 研究發展滯后。

硅藻土新材料，特別是環境與健康功能材料、能源材料、生化功能材料等，品種偏少，功能性能與國外先進產品存在較大差距，技術和產品標準配套落后。多年來，國家對非金屬礦行業投入少，技術研發水平低。多數硅藻土企業沒有研發機構，缺少研發人員，基礎研究工作薄弱，制約了硅藻土產業的發展。

4 開發利用對策建議

(1)提高硅藻土綜合利用，挖掘潛在市場。資源綜合利用是推動行業發展的內在動力，對II級、III級級硅藻土資源的綜合利用提出強制性要求，挖掘硅藻土等優勢資源潛力，擴大應用范圍，提高應用層次。限制硅藻土原礦外運加工，促進硅藻土產業可持續發展。

(2)優化產業結構，推進礦業企業整合。調整優化產業布局，引進開發戰略投資者，推進礦業企業資源整合。通過建設綠色礦山，逐步淘汰技術落后、產品附加值低的小企業，促進硅藻土資源的優化配置和產業發展要素的優化組合。

(3)強化產品科研攻關，促進產品升級。支持和鼓勵產業龍頭企業的技術改造和產品升級，提升產品附加值。創新硅藻土潛在市場，推進精細生產、精深加工，形成硅藻土系統產業鏈，延伸和拓展應用領域，促進更大的協同效益。

(4)完善人才引進，培養激勵機制。校企聯合、企企聯合，加快引進、培養高層次創新人才，在企業內部培育一支基礎理論扎實、學術造詣深厚、勇于開拓創新、結構合理并充滿活力的開拓型科研隊伍。