[发明专利]蛋白石的助熔煅烧的硅藻土产品

说明书

公开了一种硅藻土产品和使用该硅藻土产品的方法。该硅藻土产品可以包含钠助熔煅烧硅藻土，其中该硅藻土产品具有小于约1wt％的结晶二氧化硅含量，并且该硅藻土产品具有0.8达西至约30达西的渗透率。在一些实施例中，该硅藻土产品可以是颗粒或粉末形式。本发明还涉及含有低水平或不可检测水平的结晶二氧化硅的助熔煅烧二氧化硅产品。这些产品中的一些可以进一步表征为高渗透率、可测定含量的蛋白石‑C以及水合形式的二氧化硅。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2015年10月23日提交的美国临时专利申请62/245,716的权益，并且要求于2016年3月28日提交的美国临时专利申请62/314,005的权益。

技术领域

本发明涉及直接煅烧和助熔煅烧的生物二氧化硅产品，更具体地涉及包含低水平或不可检测水平的结晶二氧化硅和二氧化硅文档(如本文所定义)的直接煅烧和助熔煅烧的硅藻土产品，以及相关测试方法和制剂。该硅藻土产品可以包含已经在公共领域中的物理组分和新二氧化硅文档或新物理组分和新二氧化硅文档。

背景技术

藻土，也称为硅藻土或砂藻土，是一种主要由硅藻的骨骼残骸(也称为壳)组成的天然沉积岩，而硅藻是通常存在于水中(例如湖泊和海洋)的一种单细胞植物。硅藻土已用于多种制造工艺和应用很多年，包括用作过滤介质、载体、吸收剂以及功能性填料。

硅藻土是天然产生的，其由硅藻壳本身以及其他矿物(如粘土、火山灰、长石和石英)组成，它们通过沉积过程沉积到活硅藻的湖泊或海洋栖息地中。在形成时，硅藻壳由称为蛋白石-A的非晶的水合生物二氧化硅组成。在本专利的上下文中，我们将生物二氧化硅称为由生命形式产生的二氧化硅。产生生物二氧化硅的常见生命形式包括硅藻、放射虫、海绵、竹子、水稻和马尾。在形成时，硅藻壳不含任何结晶二氧化硅，但包含在硅藻土中的其它沉淀物可能包括石英(硅砂的主要组分)形式的结晶二氧化硅。石英几乎普遍存在于硅藻土的海洋(盐水)沉积物中，但一些硅藻土的湖泊(淡水)沉积物不含石英或含有可在加工过程中除去的足够大的石英颗粒。硅藻死亡后，随着时间的推移，蛋白石-A可能会部分脱水，并且可能在一系列阶段中从蛋白石-A转化为具有更短程的分子排列且含有更少水合水的蛋白石形式，如蛋白石-CT和蛋白石-C。经过很长一段时间并在适当的条件下，蛋白石-CT可以转化为石英。Eichhubl和Behl等人描述了在加州蛋白石-A在蒙特雷硅藻土(Monterreydiatomite)的形成过程中的自然风化过程。

蛋白石-A、蛋白石-CT和蛋白石-C通常分别或共同地被称为蛋白石、玻璃状二氧化硅或非晶二氧化硅。

在其最早的已知用途中，硅藻土在欧洲被用作洞穴壁画中的颜料，其可追溯至4万年前。硅藻土的现代工业用途开始于19世纪中后期，并在20世纪初得到扩展，当时发现可以通过热处理来改进材料的过滤性能。

热改性硅藻土最早的用途发生在大约1913年，在这些过程中，将材料加热到其软化点以使硅藻壳团聚而形成更大的颗粒，从而提高产品的渗透率。该过程的主要功能是促进硅藻壳的团聚，因此可能称为烧结工艺最为合适，但它几乎完全被称为煅烧，可能是因为它使天然矿物部分或完全脱水。

在引入煅烧硅藻土产品约十五年后，发现通过在煅烧过程中添加助熔剂可以进一步改进硅藻土的性能。尽管自引入助熔煅烧硅藻土以来已经使用各种助熔剂，但钠基助熔剂如盐(氯化钠)或苏打灰已成为最常用的助熔剂。

目前在硅藻土工业中常用的两种烧结工艺几乎普遍被称为直接煅烧和助熔煅烧，直接煅烧是不使用助熔剂的烧结工艺，而在助熔煅烧中，将助熔剂加入到硅藻土中以促进较低的软化温度和更大程度的颗粒团聚。这些工艺在硅藻土产品中产生不同的物理和光学变化。