作者：上海地矿珠宝玉石检测中心 胡家燕
概述
硅藻土是一种十分重要的非金属矿产。由于硅藻土具备特殊的理化性能，由此广泛应用于化工生产中的触媒载体，油漆、橡胶、造纸中的填充料，食品工业中的过滤、漂白剂，隔热、隔音材料，以及石油精炼、陶瓷、玻璃、钢铁、冶金热处理等。
贵州西部、西南部、西北部地区，具备有形成硅藻土的潜在地质条件。《贵州地质科技情报》于86年1期、5期对硅藻土作了有关报导和讨论，但尚存在一定问题。为了在我省开展硅藻土的找矿工作，有必要对硅藻士的矿物岩石特征作进一步的认识。
1、硅藻土的岩石分类及命名
硅藻土属硅质岩类岩石，硅质岩按成因分为两大类：
生物或生物化学成因—硅藻土、板状硅藻土、蛋白土、放射虫岩、海绵岩。
非生物成因（化学、火山作用、次生成因）—碧玉岩、燧石岩、硅华、石英岩。
硅藻土中主要伴生矿物为粘土矿物、炭质(有机质)，当这些矿物含量达50%以上则属粘土岩、炭质页岩，在命名时冠以硅藻X X岩。当这些矿物含量小于50%，则属硅藻土，在命名时冠以X X硅藻土。
2、硅藻土的化学成分
硅藻土中Si02的含量变化较大。具不同程度的烧失量，主要是H20的逸出。一般工业要求分析四个项目〈Si02、Al203、Fe203、烧失量〉，根据需要可作Mg0、CaO测定。 我国及其它国家硅藻土化学成分见表一。
表一 硅藻土化学成分表
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项目% 产地 |
SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | 烧失量 | CaO | MgO | TiO2 |
| 山东临朐县 | 74.56 | 9.04 | 3.94 | 5.66 | 1.37 | 0.83 | |
| 浙江嵊县 | 64.80 | 16.40 | 2.91 | 3.10 | 0.33 | 0.15 | |
| 云南西部 | 49 | 7.0 | 10.0 | 23 | 2.0 | 1.25 | |
| 四川米易新民沟 | 67.68 | 17.06 | 1.94 | 5.23 | |||
| 四川米易回汉沟 | 89.53 | 3.95 | 0.002 | 0.41 | 0.17 | ||
| 吉林抚松 | 95.30 | 3.27 | 0.62 | 3.69 | 0.27 | 0.29 | |
| 吉林长白县 | 92.75 | 2.57 | 0.50 | 2.39 | 0.24 | 0.19 | |
| 吉林海龙县 | 75.91 | 11.05 | 3.31 | 6.92 | 0.70 | 1.0 | |
| 吉林桦甸 | 37.67 | 11.40 | 5.15 | 5.75 | 0.85 | 1.90 | |
| 普洛奥津罗(湖相) | 54.91-68.95 | 2.15-10.50 | 0.91-4.70 | 15.07-35.57 | 1.12-3.53 | 0.33-1.62 | 0.06-0.27 |
| 英查(海相) | 72.33-88.15 | 3.10-9.25 | 1.38-5.16 | 2.73-1.13 | 0.40-8.46 | 0.38-1.71 | 0.24-0.49 |
| 努尔努(湖相) | 85.93-95.03 | 0.15-4.44 | 0.23-1.89 | 1.46-1.64 | 0.60-2.27 | 0.11-0.61 | 0.02-0.04 |
3、硅藻土的矿物成分
硅藻土的主要矿物成分为蛋白石，并含有粘土（高岭石类、水分母类及少量胶岭石类）、炭质（有机质）、铁质（褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿）、碳酸盐矿物（方解石、白云石、少量菱铁矿）、石英、白云母、海绿石、长石。
〈1〉蛋白石 Si02nH20
系标准的团体水凝胶矿物，是含水二氧化硅凝胶脱部分水后形成，一般称为含水胶体矿物或胶体矿物。
蛋白石中nH20表示含有不定量吸附水(自由水)型胶体水，胶体水不加入矿物晶格。胶体水作为分散媒散布于胶体粒子表面，含水量由1-5%，个别达34%。由于胶体水是胶体矿物固有特征，因此一般都计入矿物成分中。胶体水失水温度一般在110℃-250℃，某地蛋白石测定吸热反应在65℃、115℃、360℃，而最主要的为115℃，在600℃也有部分失水反应。
蛋白石的化学成分见表二。
表二 蛋白石的化学成分表
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项目% 编号 |
SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | CaO | MgO | H2O | 合计 |
| 1 | 92.31 | 0.36 | - | 0.22 | 0.18 | 6.31 | 98.46 |
| 2 | 86.54 | 1.93 | 0.55 | 0.74 | 9.40 | 98.96 | |
蛋白石中nH2O含量变化，直接影响蛋白石的比重和折光率(表三)。
表三 折光率比重变化表
| 含水量% | 折光率 | 比重 |
| 3.55 | 1.460 | 2.160 |
| 6.33 | 1.453 | 2.096 |
| 8.97 | 1.446 | 2.036 |
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28.64 (人工凝胶) |
1.409 | 1.731 |
蛋白石硬度一般为5-5.5，当水含量很少时，硬度增至6。
蛋白石本身无色，呈半透明状的产生一种乳光，由于吸附带色的杂质及离子，使蛋白石呈显各种色调。如铁质混染使蛋白石里黄褐、褐色，炭质混染呈灰黑色。
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图一 蛋白石钟乳石 |
图二 北乌拉尔波普诺奇矿床致密 蛋白石之球形构造 |
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图三 奥尔斯克哈利洛夫地区之 带脱水裂隙的蛋白石 |
蛋白石常成致密块状、钟乳状(图一)、瘤状团块、结核状和球粒结构（图二）及各类沉积岩中的次生充填物。当蛋白石脱水及陈化作用或应力作用，则产生电裂纹（图三）和角砾状外貌（图四），转化为变胶体矿物石英、石髓，或蛋白石在偏光作用下显示局部不均一的非均质性（图五）。
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图四 蛋白石脱水时体积收缩结果造成的 角砾构造。空洞中部分为玉髓充填 |
蛋白石在光线照射下，转动矿物，表面出现微蓝、白、浅红色交替变化的变彩。 [next]
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图五-1 |
图五-3 |
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图五-2 |
图五-4 |
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图五 在各种蛋白石中的应力双折射的表现 1-×50；2-×120；3-×30；4-×8 | |
①贵蛋白石——带乳光变彩；
②水蛋白石——水中透明；
③玻璃蛋白石——玻璃状透明。
有的文献中记载有：
④铁蛋白石——形成于二氧化硅溶胶与氧化铁溶胶互相同时凝结，含氧化铁达40%；
⑤火蛋白石——混入有胶体氢氧化铁显红色、琥珀、蜜黄色；
⑥美蛋白——瓷状或釉状白色，
⑦绿蛋白石——含镍；[next]
⑧橙黄蛋白石——由三硫化砷杂质染成橘红色；
⑨粉蛋白石——白色粉末状吸水；
⑩冻白石——在潮湿状态下凝结的蛋白石，干澡状态下呈粉末状。
蛋白石不仅组成硅藻壳，并构成海绵骨针、放射虫及部分有孔虫介壳。
在地质历史中，大量胶态氧化硅沉积在古生代地层中，特别是前寒武纪，受到变晶作用影响而转变为变胶态的石英、石髓质岩石，如碧玉岩、石英岩、石英片岩。凝胶态的蛋白石组成的沉积岩层，只能在第三纪、第四纪地层中及少部分中生代地层中得以保留。硅藻土产出的地层如山东临朐、滇西地区均产于第三系中新统。
（2）粘土矿物、炭质
粘土矿物及炭质是硅藻土中主要伴生矿物。粘土矿物呈显微鳞片状分布于硅藻粒四周，当粘土矿物含量为主要成分时，则起着胶结硅藻的作用。炭质成质点状、块状或成层状与硅藻土共生，炭质均为变质程度很低的、仍保留植物结构的泥炭及褐煤。
4、硅藻土中的硅藻及硅藻土特性
硅藻土是一种具有生物结构的岩石（图六）。主要由80~90%，有的达90%以上的硅藻壳组成。
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图六 生物结构。直链藻各种切面 （×270）吉林海龙 |
海水、湖水中的氧化硅的主要消耗者就是硅藻，构成硅藻软泥。在成岩过程中经石化阶段形成硅藻土。
硅藻壳由蛋白石组成，硅藻在生长繁衍过程中，吸取水中胶态二氧化硅，并逐步转变为蛋白石。在地质历史中硅藻种类达一万余种，现存的有五千余种。从我国已发现的硅藻土矿床中，硅藻主要有如下几种： [next]
直链藻(Melosira)
颗粒直链藻（MeLosira granulata）
幅环藻(ActincyLus)
园筛藻（Coscindiseus）
具缘园筛藻（Coscindiseus marginatus）
舟形藻（Nanicula）
冠盘藻〈Stephun Codiscus〉
棒杆藻〈RopaLoila〉
硅藻颗粒大小为0.001~0.5mm，分离的硅藻单体呈白色，性脆，在偏光显微镜下为无包透明的蛋白石组成。岩石薄片中硅藻形态有正方形、长方形、圆形、三角形，从分离出的单体硅藻形态有圆柱形、直链形、桶状、圆球形、圆盘形、棒形。
硅藻壳面上的孔洞呈有规则的排列，如：具缘圆筛藻(图七)直径约0.14mm，壳面网孔成正六边形，中心孔径5微米，边缘2微米。颗粒直链藻〈图八〉链长0.26mm具16个藻胞，藻胞似园柱形，直径12微米，长15微米，胞壁厚0.5微米，并易脱落成单体。
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图七 具缘圆筛藻水平切面（1×270） |
图八 颗粒直链藻水平切面（1×110）[next] |
硅藻土中硅藻含量越多，杂质越少，则颜色越白，质越轻。比重一般在0.4-0.9，由于硅藻体具有众多的壳体孔洞，使硅藻土具多孔质构造，硅藻土的孔隙度达90-92%，吸水性强烈，粘舌，由于硅藻颗粒细小，使硅藻土细腻、滑润。硅藻土在酸中(HCl、H2S04、HN03)不溶解，但溶于HF和K0H。
5、硅藻分离方法
为了研究硅藻土中的硅藻成分及种属，通过分离方法获得硅藻单体与其它共生矿物，按照不同的矿物组合，采取相应的方法。硅藻的分离方法程序具连续性。
〈1〉静水沉降
不同粒度、比重矿物在静水中沉降速度是不一致的，沉降的物质具成层分布特点。首先，在岩石薄片中检查硅藻颗粒大小，并破碎到相应的粒度。
〈2〉酸溶
要去掉硅藻土中的其它杂质，采取不同的酸溶方法，以提高硅藻的含量，硅藻土中一般不同程度的含有铁质、钙质，采用H2S04去铁，HCl去钙的方法，酸的浓度视矿物颗粒大小而定。
〈3〉焙烧
使炭质〈有机质〉燃烧灰化，在有炭质参与下使三价铁还原成二价铁。据滇西含炭质硅藻土试验，熔烧温度一般控制在600-900℃以保证硅藻不受破坏。
〈4〉磁迭、电磁迭
除去硅藻土中磁性、电磁性矿物
〈5〉超声波清洗分离
将硅藻土通过上述步骤后，置于酒精溶液中在超声波仪上清洗分离，以排除附着于硅藻表面的粘土、污染物，提高硅藻的孔隙率。 [next]
6、硅藻土的质量要求
〈l〉比表面积
硅藻土是由胶体矿物蛋白石组成，胶体质点小，具有大的比表面积。据测算lcm3物质的面积为6cm2，该物质若破碎到纳米〈nm3〉级〈注1nm=10-6mm〉则面积增加到6000m2，颗粒数达1021粒。
〈2〉堆密度
堆密度是指粒度为0.15mm的硅藻土，经105℃烘干后，在50毫升的量筒内装满，尔后提起量筒置于11cm高度，使其自由落下100次，用称得重量与自由落下前后体积差的比值。 我国主要硅藻土的孔结构〈表四〉。
表四 硅藻土孔结构表
| 空结构 | 山东临朐 | 吉林海尤 | 云南西部 | 浙江嵊县 | 吉林桦甸 | 四川米易新民 |
| 堆密度 | 0.43 | 0.34 | 0.46 | 0.57 | 0.54 | 0.64 |
| 比表面积 | 64.9 | 46.0 | 21.6 | 46.4 | 58.0 | 33.0 |
为了提高硅藻土的比表面积，采用一系列方法，据滇西硅藻土测定，比表面积为21.6米2/克、堆密度为0.46克/毫升，采用30%H2S04精选硅藻，SiO2提高14.6%，A12O3降低2.68%，Fe203降低2.16%，比表面积提高为22.9米2/克。
7、硅藻土及其相似岩石
硅藻土与板状硅藻土、蛋白土十分相似。
板状硅藻土矿物成分主要为蛋白石组成，但硅藻壳已破坏，比重0.8-1.4，Si02含量达70-85%，质松软。
蛋白土由细粒蛋白石组成，无硅藻，比重1-1.8，SiO2含量85-95%，质较硬。
板状硅藻土及蛋白土化学成分见〈表五〉
表五 板状硅藻土及蛋白土化学成分表
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项目% 名称 |
SiO2 | TiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | 烧失量 |
| 板状
硅藻土 |
74.78-78.12 | / | 10.16-10.66 | 3.10-4.00 | 1.30-3.76 | 1.50-2.68 | / |
| 76.10-81.79 | / | 8.13-12.16 | 0.84-5.73 | 0.66-1.85 | 0.05-1.25 | 3.04-3.95 | |
| 蛋白土 | 97.16 | 0.08 | 0.20 | 0.12 | 1.00 | 0.40 | 1.31 |
| 92.15 | 0.18 | 2.08 | 1.37 | 0.95 | 0.30 | 1.43 | |
| 84.05 | 0.72 | 6.01 | 1.71 | 1.09 | 0.84 | 3.82 | |
| 79.50 | 0.53 | 7.76 | 3.05 | 0.79 | 1.11 | 4.54 |
板状硅藻土及蛋白土都具多孔构造，但孔隙率均比硅藻土低。
8、鉴别硅藻土的依据
〈1〉硅藻含量必须大于50%，硅藻壳体基本完整，具生物结构。
〈2〉组成硅藻的矿物必须是未经变化的蛋白石。
〈3〉硅藻土的SiO2含量为50-95% 。
〈4〉硅藻土一般均产于年轻的地质时代，如第三纪、第四纪。
〈5〉硅藻土常和粘土岩类、变质程度很低的煤层共生。
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