Kiselgur - Diatomaceous earth

Ett prov på diatoméjord av livsmedelskvalitet

Kiselgur ( / ˌ d aɪ . Ə . T ə m eɪ . Ʃ ə s / ), diatomit ( / d aɪ æ t . Ə ˌ m aɪ t / ), eller kiselgur / kiselgur är en naturligt förekommande, mjuk, kiselhaltig sedimentär bergart som kan rasat till ett fint vitt till benvitt pulver. Den har en partikelstorlek som sträcker sig från mer än 3 μm till mindre än 1 mm, men vanligtvis 10 till 200 μm. Beroende på granularitet kan detta pulver ha en slipande känsla, liknande pimpstenpulver , och har en låg densitet som ett resultat av dess höga porositet . Den typiska kemiska sammansättningen för ugnstorkad kiselgur är 80–90% kiseldioxid , med 2–4% aluminiumoxid (mest hänförligt till lermineraler ) och 0,5–2% järnoxid .

Kiselgur består av fossiliserade rester av kiselalger , en typ av hårdskalig protist . Det används som ett filtreringshjälpmedel, milt slipmedel i produkter inklusive metallpolermedel och tandkräm , mekanisk insekticid , absorberande för vätskor, matteringsmedel för beläggningar, förstärkande fyllmedel i plast och gummi, anti-blocket i plastfilmer, porösa bäraren för kemiska katalysatorer, kattkull , aktivator i blodkoagulationsstudier , en stabiliserande komponent av dynamit , en värmeisolator och en jord för krukväxter och träd som bonsai .

Diatoméjord sett under ljusa fältbelysning på ett ljusmikroskop . Denna bild av kiselgurpartiklar i vatten är i en skala av 6,266 pixlar/ μm , hela bilden täcker ett område på cirka 1,13 x 0,69 mm.
Skannande elektronmikroskopfoto av kiselgur

Sammansättning

Varje fyndighet av kiselgur är olika, med varierande blandningar av ren kiselgur kombinerat med andra naturliga leror och mineraler. Kiselalgerna i varje fyndighet innehåller olika mängder kiseldioxid, beroende på sedimentationsförhållandena , på förekomsten av andra sediment (lera, sand, vulkanisk aska) och på fyndighetens ålder ( diagenes , kiseldioxidupplösning /nederbörd, kiselalger testar åldrande ). Arten av kiselgur kan också skilja sig mellan fyndigheter. Arten av kiselgur beror på fyndighetens ålder och paleomiljö . I sin tur bestäms formen på en kiselgur av dess art.

Många fyndigheter i hela British Columbia , till exempel Red Lake Earth, är från Miocene -epoken och innehåller en art av kiselgur som kallas Melosira granulata . Dessa kiselalger är cirka 12 till 13 miljoner år gamla och har en liten klotform. En deposition som innehåller kiselalger från denna epok kan ge vissa fördelar framför andra. Exempelvis är kiselalger från eocen -epoken (cirka 40 till 50 miljoner år gamla) inte lika effektiva i sin förmåga att absorbera vätskor eftersom äldre kiselalger omkristalliseras, blir deras små porer fyllda med kiseldioxid.

Bildning

Diatomit bildas genom ackumulering av den amorfa kiseldioxiden ( opal , SiO 2 · nH 2 O) rester av döda kiselalger (mikroskopiska encelliga alger ) i lakustrina eller marina sediment . De fossila resterna består av ett par symmetriska skal eller frustler . Marina diatomiter finns i samband med en mängd andra bergarter men lacustrine diatomiter är nästan alltid associerade med vulkaniskt berg. Kiselgur chert består av diatomit som har cementerad med kiseldioxid.

Kiselalger kan extrahera kiseldioxid från vatten som är mindre än 1% mättat i amorft kiseldioxid (mättnadsindex (SI): -2). Deras frustuler förblir olösta eftersom de är omgivna av en organisk matris. Lermineraler kan också fälla ut på frustulorna och skydda dem från upplösning i havsvatten. När kiselalgen dör avlägsnas frustulan från sitt organiska skikt och utsätts för havsvatten. Som ett resultat överlever endast 1% till 10% av frustulorna tillräckligt länge för att begravas under sediment och en del av detta löses upp i sedimenten. Endast uppskattningsvis 0,05% till 0,15% av den ursprungliga mängden kiseldioxid som produceras av kiselalger bevaras i sedimentregistret.

Upptäckt

År 1836 eller 1837 upptäckte den tyska bonden Peter Kasten kiselgur (tyska: Kieselgur ) när han sjönk en brunn på de norra sluttningarna av Haußelberg -kullen , i Lüneburgheden i Nordtyskland .

Extraktions- och lagringsplatser i Lüneburgerheiden

Neuohe - extraktion från 1863 till 1994
Wiechel från 1871 till 1978
Hützel från 1876 till 1969
Hösseringen från c. 1880 till 1894
Hammerstorf från ca 1880 till 1920
Oberohe från 1884 till 1970
Schmarbeck från 1896 till c. 1925
Steinbeck från 1897 till 1928
Breloh från 1907 till 1975
Schwindebeck från 1913 till 1973
Hetendorf från 1970 till 1994

De insättningar är upp till 28 meter (92 fot) tjock och är alla sötvatten kiselgur.

  • c. 1900–1910 Kiselgur i Neuohe

  • c. 1900–1910 ett torkningsområde: en eldhög förbereds; en annan är på gång

  • 1913: Personal vid Neuohe -fabriken, med arbetare och en damkock framför ett torkbod

Fram till första världskriget var nästan hela den globala produktionen av kiselgur från denna region.

Övriga insättningar

I Polen finns kiselguravlagringar i Jawornik, och består till största delen av kiselgur (frustules)

I Tyskland extraherades även kiselgur vid Altenschlirf på Vogelsberg ( Övre Hessen ) och vid Klieken ( Sachsen-Anhalt ).

Det finns ett lager kiselgur mer än 6 meter tjockt i naturreservatet Soos i Tjeckien.

Insättningar på ön Skye , utanför Skottlands västkust, bryts fram till 1960.

I Colorado och i Clark County, Nevada , USA finns det fyndigheter som är upp till flera hundra meter tjocka på sina ställen. Marina insättningar har arbetats i Sisquoc -formationen i Santa Barbara County, Kalifornien nära Lompoc och längs södra Kaliforniens kust . Detta är världens största fyndighet av kiselgur. Ytterligare marina fyndigheter har arbetats i Maryland , Virginia , Algeriet och MoClay of Denmark. Sötvattenfyndigheter förekommer i Nevada, Oregon , Washington och Kalifornien . Sjöavlagringar förekommer också i interglaciala sjöar i östra USA, i Kanada och i Europa i Tyskland, Frankrike, Danmark och Tjeckien. Den globala sammanslutningen av kiselgurfyndigheter och vulkaniska fyndigheter tyder på att tillgången på kiseldioxid från vulkanisk aska kan vara nödvändig för tjocka kiselguravlagringar.

Diatoméjord ibland finns på öken ytor. Forskning har visat att erosionen av kiselgur i sådana områden (som Bodélé-depressionen i Sahara ) är en av de viktigaste källorna till klimatpåverkande damm i atmosfären.

De kiselhaltiga frustulerna av kiselalger samlas i färska och bräcka våtmarker och sjöar. Vissa torv och muckar innehåller tillräckligt med frustulor så att de kan brytas. De flesta av Floridas kiselgur har hittats i våtmarker eller sjöar. American Diatomite Corporation, från 1935 till 1946, förädlade högst 145 ton per år från deras bearbetningsanläggning nära Clermont, Florida . Muck från flera platser i Lake County, Florida torkades och brändes ( kalcinerades ) för att producera kiselgur. Det extraherades tidigare från sjön Mývatn på Island.

De kommersiella fyndigheterna av kiselgur är begränsade till tertiära eller kvartära perioder. Äldre fyndigheter från så tidigt som krittiden är kända, men är av låg kvalitet.

Diatomitfyndigheter som är rika på fossiler har lokaliserats i Nya Zeeland, men gruvdrift av Foulden Maar -fyndigheterna i industriell skala, för omvandling till djurfoder, har väckt starkt motstånd.

Kommersiell form

Kiselgur finns kommersiellt i flera format:

  • granulerad kiselgur är en råvara som helt enkelt krossas för bekväm förpackning
  • slipad eller mikroniserad kiselgur är särskilt fin (10 μm till 50 μm) och används för insekticider.
  • kalcinerad kiselgur värmebehandlas och aktiveras för filter.
Individuella kiselgurväggar behåller ofta sin form även i kommersiellt bearbetade filtermedia, till exempel den här för simbassänger
Levande marina kiselalger från Antarktis (förstorad)

Användningar

Explosiva varor

År 1866 upptäckte Alfred Nobel att nitroglycerin kunde göras mycket stabilare om det absorberades i kiselgur (kiselgur). Detta möjliggjorde en mycket säkrare transport och hantering än rent nitroglycerin under vätskeformen. Nobel patenterade denna blandning som dynamit 1867; blandningen kallas också guhr dynamit med hänvisning till den tyska termen kiselgur.

Filtrering

Den Celle ingenjör, Wilhelm Berkefeld, erkänt förmågan hos kiselguren för att filtrera och utvecklat rörformiga filter (känd som filterljus) avfyras från diatomacéjord. Under koleraepidemin i Hamburg 1892, dessa Berkefeld filter har använts med framgång. En form av kiselgur används som filtermedium , särskilt för simbassänger. Den har en hög porositet eftersom den består av mikroskopiskt små, ihåliga partiklar. Kiselgur (ibland hänvisat till med varumärken som Celite) används inom kemi som ett filtreringshjälpmedel, för att öka flödeshastigheten och filtrera mycket fina partiklar som annars skulle passera eller täppa till filterpapper . Det används också för att filtrera vatten, särskilt vid behandling av dricksvatten och i fisktankar och andra vätskor, såsom öl och vin. Det kan också filtrera sirap, socker och honung utan att ta bort eller ändra deras färg, smak eller näringsegenskaper.

Skrovlig

Den äldsta användning av diatomit är som en mycket mild slipmedel och har använts i tandkräm , metallpolermedel och vissa ansiktsskrubb.

Pestkontroll

Diatomit är av värde som en insekticid på grund av dess slipande och fysikaliskt absorberande egenskaper. Det fina pulvret adsorberar lipider från det vaxartade yttre skiktet i exoskeletonerna hos många insektsarter; detta lager fungerar som en barriär som motstår förlust av vattenånga från insektens kropp. Att skada skiktet ökar avdunstningen av vatten från deras kroppar, så att de uttorkar, ofta dödligt.

Leddjur dör som ett resultat av vattentrycksbristen, baserat på Ficks diffusionslag . Detta fungerar också mot snäckor och används vanligtvis inom trädgårdsarbete för att besegra sniglar . Men eftersom sniglar bor i fuktiga miljöer är effekten mycket låg. Kiselgur blandas ibland med ett lock eller andra tillsatser för att öka dess effektivitet.

Formen på kiselalgerna i en deposition har inte visat sig påverka deras funktion när det gäller adsorption av lipider; vissa applikationer, till exempel för sniglar och sniglar, fungerar dock bäst när en särskilt formad kiselgur används, vilket tyder på att lipidadsorption inte är hela historien. Till exempel, när det gäller sniglar och sniglar, fungerar stora, taggiga kiselalger bäst för att skära epitelet i blötdjuret. Diatomskal kommer i viss utsträckning att fungera på de allra flesta djur som genomgår ekdys för att kasta nagelband , såsom leddjur eller nematoder . Det kan också ha andra effekter på lophotrochozoans , såsom blötdjur eller annelider .

Diatomit av medicinsk kvalitet har studerats för dess effekt som avmaskningsmedel hos nötkreatur; i båda studierna citerade de grupper som behandlades med kiselgur inte gick bättre än kontrollgrupper. Det används vanligtvis i stället för borsyra och kan användas för att kontrollera och eventuellt eliminera vägglöss , husstoftkvalster , kackerlacka , myror och loppangrepp .

Kiselgur används i stor utsträckning för insektsbekämpning vid spannmålslagring.

För att vara effektiv som insekticid måste kiselgur vara okalcinerat (dvs. det får inte värmebehandlas före applicering) och ha en genomsnittlig partikelstorlek under cirka 12 μm (dvs. livsmedelskvalitet- se nedan ).

Även om de anses vara relativt låg risk är bekämpningsmedel som innehåller kiselgur inte undantagna från reglering i USA enligt Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act och måste registreras hos Environmental Protection Agency .

Termisk

Dess termiska egenskaper gör att den kan användas som barriärmaterial i vissa brandsäkra kassaskåp. Det används också i evakuerad pulverisolering för användning med kryogenik. Kiselgurpulver sätts in i vakuumutrymmet för att underlätta effektiviteten av vakuumisolering. Den användes i de klassiska AGA -spisarna som termisk värmebarriär.

Katalysatorstöd

Kiselgur finner också en viss användning som stöd för katalysatorer , vilket i allmänhet tjänar till att maximera en katalysators ytarea och aktivitet . Till exempel kan nickel stödjas på materialet - kombinationen kallas Ni - Kieselguhr - för att förbättra dess aktivitet som en hydrogeneringskatalysator .

Lantbruk

Naturlig sötvatten diatoméjord används inom jordbruket för spannmålslagring som ett antikladdningsmedel , liksom en insekticid. Det är godkänt av Food and Drug Administration som fodertillsats för att förhindra att det klibbar.

Vissa tror att det kan användas som ett naturligt anthelmintikum (avmaskare), även om studier inte har visat att det är effektivt. Vissa bönder lägger till det i sina boskaps- och fjäderfäfoder för att förhindra att foder tappas. "Food-Grade Diatomaceous Earth" är allmänt tillgängligt i foderförsörjningsbutiker för jordbruk.

Sötvatten diatomit kan användas som ett odlingsmedium i hydroponiska trädgårdar.

Det används också som ett odlingsmedium i krukväxter, särskilt som bonsaijord . Bonsai -entusiaster använder det som jordadditiv, eller krukar ett bonsai -träd i 100% kiselgur. I grönsaksodling används det ibland som ett jordbalsam , eftersom det, liksom perlit , vermikulit och expanderad lera , behåller vatten och näringsämnen, samtidigt som det dräneras snabbt och fritt, vilket möjliggör hög syrgascirkulation inom odlingsmediet.

Markör i djurfoderförsök

Naturligt torkad, inte kalcinerad kiselgur används regelbundet i forskning om husdjursnäring som källa till syraolöslig aska (AIA), som används som en osmält markör. Genom att mäta innehållet av AIA i förhållande till näringsämnen i testdieter och avföring eller matsmältning som tas ur terminal ileum (sista tredjedelen av tunntarmen) kan andelen av det näringsämne som röt beräknas beräknas med följande ekvation:

var:

N är näringsämnets smältbarhet (%)
N f är mängden näringsämnen i avföringen (%)
N F är mängden näringsämnen i fodret (%)
A f är mängden AIA i avföringen (%)
A F är mängden AIA i fodret (%)

Naturlig sötvatten diatoméjord föredras av många forskare framför kromoxid, som har använts i stor utsträckning för samma ändamål, den senare är en känd cancerframkallande och därför en potentiell fara för forskningspersonal.

Konstruktion

Förbrukad kiselgur från bryggningsprocessen kan läggas till keramisk massa för produktion av röda tegelstenar med högre öppen porositet.

Kiselgur anses vara ett mycket framträdande oorganiskt icke-metalliskt material som kan användas för tillverkning av olika keramik, inklusive produktion av porös keramik under hydrotermisk teknik med låg temperatur.

Specifika sorter

  • Tripolite är sorten som finns i Tripoli , Libyen.
  • Bannlera är sorten som finns i Lower Bann -dalen i Nordirland.
  • Moler ( mo-lera ) är sorten som finns i nordvästra Danmark, särskilt på öarna Fur och Mors .
  • Sötvattenbaserad diatoméjord av livsmedelskvalitet är den typ som används i USA: s jordbruk för spannmålslagring, som fodertillskott och som insekticid. Det produceras okalcinerat , har en mycket fin partikelstorlek och är mycket låg i kristallkiseldioxid (<2%).
  • Saltvattenbaserad pool / öl / vinfilter är inte lämplig som livsmedel eller fungerar som insekticid. Vanligtvis kalcinerad innan den säljs för att avlägsna föroreningar och oönskade flyktiga innehåll, den består av större partiklar än färskvattensversionen och har en hög kristallin kiseldioxidhalt (> 60%).

Mikrobiell nedbrytning

Vissa bakteriearter i hav och sjöar kan påskynda upplösningen av kiseldioxid i döda och levande kiselalger; genom att använda hydrolytiska enzymer för att bryta ner det organiska algmaterialet.

Klimatologisk betydelse

Jordens klimat påverkas av damm i atmosfären , så att lokalisera stora källor till atmosfäriskt damm är viktigt för klimatologin . Ny forskning tyder på att ytavlagringar av kiselgur spelar en viktig roll. Forskning visar att betydande damm kommer från Bodélé -depressionen i Tchad , där stormar skjuter diatomitgrus över sanddyner och genererar damm genom nötning .

Säkerhetshänsyn

Inandning av kristallin kiseldioxid är skadligt för lungorna och orsakar silikos . Amorft kiseldioxid anses ha låg toxicitet, men långvarig inandning orsakar förändringar i lungorna. Kiselgur är mestadels amorf kiseldioxid men innehåller en del kristallin kiseldioxid, särskilt i saltvattenformerna. I en studie av arbetare hade de som utsatts för naturlig kiselgur i över fem år inga signifikanta lungförändringar medan 40% av dem som utsattes för den kalcinerade formen hade utvecklat pneumokonios . Dagens vanliga kiselgurformuleringar är säkrare att använda, eftersom de huvudsakligen består av amorf kiseldioxid och innehåller lite eller ingen kristallin kiseldioxid.

Det kristallina kiseldioxidinnehållet i kiselgur regleras i USA av Occupational Safety and Health Administration (OSHA) och det finns riktlinjer från National Institute for Occupational Safety and Health som anger maximalt tillåtna mängder i produkten (1%) och i luften nära arbetarnas andningszon, med en rekommenderad exponeringsgräns på 6 mg/m 3 under en 8-timmars arbetsdag. OSHA har satt en tillåten exponeringsgräns för kiselgur som 20 mppcf (80 mg /m 3 /%SiO 2 ). Vid halter av 3000 mg/m 3 är kiselgur omedelbart farligt för liv och hälsa.

På 1930-talet visade det sig att långsiktig yrkesmässig exponering bland arbetare inom cristobalite diatoméjordindustrin som utsattes för höga halter av luftburet kristallin kiseldioxid under decennier hade en ökad risk för silikos .

Idag måste arbetare använda andningsskyddsåtgärder när halterna av kiseldioxid överskrider tillåtna nivåer.

Diatomit som produceras för poolfilter behandlas med hög värme ( kalcination ) och ett flussmedel ( soda ), vilket får den tidigare ofarliga amorfa kiseldioxiden att anta sin kristallina form.

Se även

Referenser

externa länkar