珪藻土

シスクオック層の珪藻土岩石サンプル
珪藻土の走査型電子顕微鏡写真

珪藻土（けいそうど、 / ˌ d aɪ . ə t ə ˈ m eɪ ʃ ə s / DY -ə -tə- MAY -shəs ）は、珪藻土（/ d aɪ ˈ æ t ə m aɪ t / dy- AT -ə -myte）、セライト、またはキーゼルグールとも呼ばれ、天然に存在する柔らかい珪質の堆積岩で、砕くと細かい白からオフホワイトの粉末になります。粒子の大きさは3 mm以上 1 μm未満です が、通常は10 μmから200 μmです。[ 1 ]粒度によっては、軽石粉に似た研磨性のある感触があり、多孔性が高いため密度が低くなります。オーブンで乾燥させた珪藻土の典型的な化学組成は、シリカ80～90％ 、アルミナ2～4％ （主に粘土鉱物）、酸化鉄0.5～2％です。[ 2 ]

珪藻土は、硬い殻を持つ微細藻類の一種である珪藻類の化石化した残骸で構成され、何百万年もかけて蓄積されました。[ 3 ]濾過助剤、金属磨き剤や歯磨き粉などの製品の軽い研磨剤、機械的殺虫剤、液体の吸収剤、コーティングのマット剤、プラスチックやゴムの補強充填剤、プラスチックフィルムのアンチブロック、化学触媒の多孔質支持体、猫砂、凝固研究の活性剤、ダイナマイトの安定成分、断熱材、盆栽などの鉢植えの植物や樹木の土壌として使用されます。[ 4 ] [ 5 ]また、ガラスまたは金属を固定相として使用したガスクロマトグラフィー充填カラムにも使用されます。

構成

珪藻土は、数百万年をかけて堆積した珪藻類の化石化した残骸で構成されています。通常、80%～90%のシリカ、2%～4%のアルミナ鉱物、0.5%～2%の酸化鉄で構成されていますが、堆積物の正確な組成はそれぞれ異なります。[ 3 ]堆積物に含まれるシリカの量は、堆積条件、他の堆積物（粘土、砂、火山灰）の存在、堆積物の年代（続成作用、シリカ（SiO 2）の溶解/沈殿、珪藻類の年代測定）によって異なります。珪藻類の種類も堆積物ごとに異なる場合があります。珪藻類の種類は、堆積物の年代と古生態に依存します。同様に、珪藻類の形状はその種類によって決まります。

ブリティッシュコロンビア州全域に広がる多くの堆積物、例えばレッドレイクアースは、中新世のものであり、メロシラ・グラニュラータと呼ばれる珪藻類を含んでいます。これらの珪藻類は小さな球状をしています。この時代の珪藻類を含む堆積物は、他のものに比べていくつかの利点があります。例えば、始新世の珪藻類は、古い珪藻類が再結晶化すると小さな細孔がシリカで満たされるため、液体を吸収する能力がそれほど高くありません。[ 6 ]

形成

珪藻土は、湖沼堆積物や海洋堆積物中の死んだ珪藻類（微細な単細胞藻類）の非晶質シリカ（オパール、SiO 2 · n H 2 O ）の残骸が蓄積することで形成されます。化石は一対の対称的な殻または被殻で構成されています。[ 2 ]海洋珪藻土は様々な岩石と共存して見られますが、湖沼珪藻土はほとんどの場合、火山岩と共存しています。珪藻土チャートは、珪藻土がシリカで固結して形成されます。 [ 7 ]

珪藻類は、非晶質シリカが1%未満しか飽和していない水（飽和指数（SI）-2）からシリカを抽出することができる。珪藻類の殻は有機質マトリックスに囲まれているため、溶解せずに残る。粘土鉱物が殻に沈殿し、海水中での溶解から保護することもある。珪藻類が死ぬと、殻は有機質層を剥ぎ取られ、海水にさらされる。その結果、堆積物に埋もれるまで生き残る殻はわずか1%から10%に過ぎず、その一部は堆積物中で溶解する。堆積物記録には、珪藻類が生成したシリカの元々の量のうち、推定0.05%から0.15%しか保存されていない。[ 8 ]

発見

1836年か1837年、北ドイツのリューネブルク荒野にあるハウゼルベルク丘陵の北斜面に井戸を掘っていたドイツの農民ペーター・カステンが珪藻土（ドイツ語：キーゼルグル）を発見した。[ 9 ] [ 10 ]

1863年から1994年までのリューネブルク荒野の採取場所はノイオーエであり、保管場所は次の通りでした。

保管場所からに
ヴィーチェル18711978
ヒュッツェル18761969
ヘッセンゲン1880  1880年頃1894
ハンマーストルフ1880  1880年頃1920
オベロヘ18841970
シュマーベック18961925  1925年頃
スタインベック18971928
ブレロ19071975
シュヴィンデベック19131973
ヘーテンドルフ19701994

堆積物の厚さは最大 28 メートル (92 フィート) で、すべて淡水珪藻土です。

  • 1900～1910年頃 ノイエの珪藻土採掘場
    1900年頃～1910年頃涌河の珪藻土採掘場
  • 1900～1910 年頃の乾燥エリア。1 つの焼成山が準備中であり、もう 1 つの焼成が進行中です。
    1900～1910 年頃の乾燥エリア。焼成用の山が 1 つ準備され、もう 1 つが焼成中です。
  • 1913年：乾燥小屋の前に立つ新河工場のスタッフ、男性労働者、女性料理人
    1913年：乾燥小屋の前に立つ新河工場のスタッフ、男性労働者、女性料理人

第一次世界大戦までは、珪藻土の世界生産のほぼ全てがこの地域で行われていました。

その他の預金

ポーランドではヤヴォルニクで珪藻土の堆積物が発見されており、そのほとんどは珪藻類の骨格（殻状構造物）で構成されています。[ 11 ]

ドイツでは、フォーゲルスベルク（オーバーヘッセン）のアルテンシュリルフ[ 12 ]とザクセン＝アンハルト州のクリーケン[ 13 ]でも珪藻土が採掘されていました。

チェコ共和国のソース自然保護区には、厚さ6メートル（20フィート）以上の珪藻土の層があります。 [ 14 ]

スコットランド西海岸沖のスカイ島の鉱床は1960年まで採掘されていました。 [ 15 ]

コロラド州とアメリカ合衆国ネバダ州クラーク郡には、場所によっては数百メートルの厚さの鉱床がある。海洋鉱床は、カリフォルニア州サンタバーバラ郡ロンポック近郊のシスコック層と南カリフォルニア沿岸で採掘されている。これは世界最大の珪藻土鉱床である。[ 16 ]追加の海洋鉱床は、メリーランド州、バージニア州、アルジェリア、デンマークのモクレイ層で採掘されている。淡水湖沼鉱床はネバダ州、オレゴン州、ワシントン州、カリフォルニア州で発生している。湖沼鉱床は、アメリカ合衆国東部、カナダ、ヨーロッパではドイツ、フランス、デンマーク、チェコ共和国の間氷期湖でも発生している。珪藻土鉱床と火山性鉱床が世界的に関連していることから、火山灰由来のシリカが厚い珪藻土鉱床に必要である可能性が示唆される。[ 17 ]

珪藻土は砂漠の地表で見られることがあります。研究によると、そのような地域（サハラ砂漠のボデレ低地など）における珪藻土の侵食は、気候に影響を与える大気中の塵の最も重要な発生源の一つであることが示されています。[ 18 ]

珪藻類の珪質殻は、淡水および汽水の湿地や湖沼に蓄積します。泥炭や泥水の中には、採掘可能なほど豊富な殻を含むものもあります。フロリダ州の珪藻土のほとんどは、湿地や湖沼の泥水から発見されています。アメリカン・ディアトマイト・コーポレーションは、1935年から1946年にかけて、フロリダ州クレルモン近郊の自社処理工場で年間最大145トンの珪藻土を精製しました。フロリダ州レイク郡の複数の場所から採取された泥水は乾燥され、焼成（焼成）されて珪藻土が生産されました。[ 19 ]

以前はアイスランドのミーヴァトン湖から採掘されていました。

珪藻土の商業的な鉱床は第三紀または第四紀に限られています。白亜紀以前の古い鉱床も知られていますが、品質は低いです。[ 17 ]

ニュージーランドには化石が豊富な珪藻土鉱床が発見されているが、家畜飼料への転換を目的としたファウルデン・マール鉱床の工業規模での採掘は強い反対を引き起こしている。[ 20 ]

商業形態

珪藻土は、いくつかの形式で市販されています。

  • 粒状珪藻土は、包装しやすいように単純に粉砕された原料です。
  • 粉砕または微粉化された珪藻土は特に細かく（10μm～50μm）、殺虫剤に使用されます。
  • 焼成珪藻土は熱処理され、フィルター用に活性化される
個々の珪藻細胞壁は、スイミングプール用のような市販のフィルター媒体でも、多くの場合その形状を維持しています。
南極の生きた海洋珪藻（拡大）

使用法

爆発物

1866年、アルフレッド・ノーベルは、ニトログリセリンを珪藻土（ドイツ語でキーゼルグール）に吸収させることでより安定させることができることを発見しました。 [ 21 ]これにより、純粋な液体ニトログリセリンよりも安全に輸送および取り扱いが可能になりました。ノーベルは1867年にこの混合物をダイナマイトとして特許を取得しました。この混合物は、珪藻土にちなんでグールダイナマイトとも呼ばれています。[ 22 ] [ 23 ]

濾過

ツェレの技術者ヴィルヘルム・ベルケフェルトは珪藻土の濾過能力を認識し、珪藻土を燃料とする管状フィルター（フィルターキャンドルとして知られる）を開発しました。[ 24 ] 1892年にハンブルクでコレラが流行した際には、これらのベルケフェルトのフィルターが効果的に使用されました。

珪藻土の一種は、特にプールの濾過材として用いられています。これは、微細な中空粒子で構成されているため、高い多孔性を有しています。珪藻土（セライトなどの商標名で呼ばれることもあります）は、化学分野では濾過助剤として使用され、流量を増加させ、濾紙を通過したり詰まったりする微細な粒子を濾過します。また、飲料水処理プロセスや水槽、ビールやワインなどの液体の濾過にも用いられます。さらに、シロップ、砂糖、蜂蜜などを、色、味、栄養価を損なうことなく濾過することもできます。[ 25 ]

研磨剤

珪藻土の最も古い用途は、非常に穏やかな研磨剤としての使用であり、歯磨き粉、金属磨き剤、一部の洗顔用スクラブに使用されてきました。

害虫駆除

珪藻土は、その研磨性と物理吸着性から殺虫剤として有用である。[ 26 ]この微細粉末は、多くの昆虫種の外骨格のワックス状の外層から脂質を吸着する。この外層は昆虫の体から水分が失われるのを防ぐバリアとして機能している。この外層が損傷すると、昆虫の体からの水分の蒸発が促進され、脱水症状を引き起こし、しばしば致命的となる。

これは腹足類にも効果があり、園芸ではナメクジ駆除によく用いられます。[ 27 ]しかし、ナメクジは湿気の多い環境に生息するため、効果は低いです。珪藻土は、効果を高めるために誘引剤やその他の添加剤と混合されることがあります。

珪藻の形状が脂質吸着機能に影響を与えることは証明されていません。しかし、ナメクジやカタツムリなどの特定の用途では、特定の形状の珪藻を用いることで最大の効果が得られることから、脂質吸着だけが吸着の要因ではないことが示唆されています。例えば、ナメクジやカタツムリの場合、軟体動物の上皮を裂くには、大きく棘のある珪藻が最も効果的です。珪藻の殻は、節足動物や線虫など、脱皮によってクチクラを脱落させる動物のほとんどに、ある程度の効果があります。また、軟体動物や環形動物などの冠状動物にも、他の効果がある可能性があります。

医療グレードの珪藻土は、牛の駆虫剤としての有効性について研究されてきました。引用された両方の研究において、珪藻土を投与されたグループは対照群よりも良い結果が出ませんでした。 [ 28 ] [ 29 ]一般的にホウ酸の代わりに使用され、トコジラミ、[ 30 ]ハウスダスト、ゴキブリ、アリ、ノミの蔓延を抑制し、場合によっては駆除するために使用できます。[ 31 ]

珪藻土は穀物貯蔵庫での害虫駆除に広く利用されている。[ 32 ]小麦粉貯蔵庫に侵入するコクゾウリムシの共食い行動を抑制するためにも利用されている。

殺虫剤として効果を発揮するには、珪藻土の平均粒子径が約12μm以下（つまり食品グレード、下記参照）で、焼成されていない（つまり、使用前に熱処理されていない）ものでなければならない。[ 33 ]

珪藻土を含む農薬は比較的リスクが低いと考えられていますが、米国では連邦殺虫剤・殺菌剤・殺鼠剤法の規制から免除されておらず、環境保護庁に登録する必要があります。[ 34 ]

サーマル

その熱特性により、一部の耐火金庫のバリア材として使用されています。また、極低温で使用される真空粉末断熱材にも使用されています。[ 35 ]珪藻土粉末は真空断熱の効果を高めるために真空空間に注入されます。古典的なAGA調理器では、断熱バリアとして 使用されていました。

触媒サポート

珪藻土は触媒の担体としても利用されており、一般的に触媒の表面積と活性を最大化するのに役立ちます。例えば、ニッケルを珪藻土に担持させることで、水素化触媒としての活性が向上します（この組み合わせはNi-珪藻土と呼ばれます）。[ 36 ]

農業

天然淡水珪藻土は、農業において穀物貯蔵用の固結防止剤として、また殺虫剤として使用されています。[ 37 ]米国食品医薬品局によって固結防止のための飼料添加物として承認されています[ 38 ]。[ 39 ]

研究では効果が実証されていないものの、天然の駆虫薬として使用できると信じている人もいます。 [ 28 ] [ 29 ]農家の中には、飼料の固まりを防ぐために家畜や家禽の飼料に珪藻土を加える人もいます。 [ 40 ]「食品グレードの珪藻土」は、農業用飼料供給店で広く入手できます。

淡水珪藻土は水耕栽培園の栽培培地として使用できます。

珪藻土は鉢植えの植物の生育培地としても使用され、特に盆栽の土として用いられます。盆栽愛好家は、珪藻土を土壌改良剤として使用したり、100%珪藻土で盆栽を鉢植えにしたりします。野菜栽培では、パーライト、バーミキュライト、膨張粘土と同様に、水分と養分を保持しながらも水はけがよく、生育培地内での酸素循環を高めるため、土壌改良剤として使用されることもあります。

家畜栄養実験におけるマーカー

食品グレードの珪藻土のサンプル

焼成処理されていない天然乾燥珪藻土は、家畜栄養研究において、消化不良マーカーとして用いられる酸不溶性灰分（AIA）の供給源として頻繁に使用されています。試験飼料および末端回腸（小腸の最後の3分の1）から採取した糞便または消化物中の栄養素に対するAIA含有量を測定することで、消化された栄養素の割合を以下の式で計算できます。

北＝（1−北f北F×あFあf）×100{\displaystyle N=\left(1-{\frac {N_{f}}{N_{F}}}\times {\frac {A_{F}}{A_{f}}}\right)\times 100}

どこ：

Nは栄養素の消化率（％）
N fは糞便中の栄養素の量（％）です
N Fは飼料中の栄養素の量（％）です
A fは糞便中のAIAの量（％）です。
A Fは飼料中のAIAの量（％）です

多くの研究者は、同じ目的で広く使用されている酸化クロムよりも天然の淡水珪藻土を好んでいます。酸化クロムは発がん性物質として知られており、研究者にとって潜在的な危険があります。

工事

醸造工程で発生した使用済みの珪藻土をセラミックスに添加することで、より高い気孔率を持つ赤レンガを製造することができる。[ 41 ]

珪藻土は、低温水熱技術による多孔質セラミックスの製造を含む、様々なセラミックスの製造に使用できる優れた無機非金属材料であると考えられています。[ 42 ]

家庭用品

珪藻土（DE）は、乾燥性や吸湿発散性が求められる家庭用品に使用されています。特に、入浴者から水分を吸収し、拡散させて素早く蒸発させるDE製のバスマットがあります。また、砂糖などの吸湿性の高い調理器具をすくうためのDE製のスプーンもあります。

特定の品種

  • トリポリテはリビアのトリポリで発見された品種です。
  • バン粘土は、北アイルランドのローワーバン渓谷で見つかる品種です。
  • モーラー（モクレイ）はデンマーク北西部、特にフール島とモルス島で見られる品種です。
  • 淡水由来の食品グレード珪藻土は、米国農業において穀物貯蔵、飼料添加物、殺虫剤として使用されています。焼成せずに製造され、粒子径が非常に細かく、結晶シリカ含有量が非常に低い（2%未満）です。
  • 塩水由来のプール／ビール／ワインフィルターグレードは、人体への摂取や殺虫剤としての効果には適していません。通常、販売前に焼成処理を行い、不純物や不要な揮発分を除去しています。淡水由来のグレードよりも粒子が大きく、結晶性シリカ含有量が高い（60%超）ため、塩水由来のフィルターグレードは人体への摂取や殺虫剤としての効果には適していません。

微生物分解

海や湖に生息する特定の細菌種は、加水分解酵素を使って有機藻類を分解し、生きている珪藻類や死んだ珪藻類に含まれるシリカの溶解速度を加速させることができる。 [ 43 ] [ 44 ]

気候学的重要性

地球の気候は大気中の塵の影響を受けるため、大気中の塵の主要な発生源を特定することは気候学にとって重要です。研究によると、珪藻土の表層堆積物が重要な役割を果たしていることが示唆されています。研究によると、チャドのボデレ低地では嵐によって珪藻土の砂利が砂丘を越えて押し流され、摩耗によって塵が発生します。[ 45 ]

安全上の考慮事項

結晶質シリカを吸入すると肺に害を及ぼし、珪肺症を引き起こします。非晶質シリカは毒性が低いと考えられていますが、長期間吸入すると肺の変化を引き起こします。[ 46 ]珪藻土は主に非晶質シリカですが、特に海水の形態では結晶質シリカをいくらか含みます。[ 47 ] 1978年に行われた労働者の研究では、5年以上天然珪藻土に曝露された人々には肺に大きな変化は見られませんでしたが、焼成形態に曝露された人々の40％は塵肺症を発症しました。[ 48 ]今日の標準的な珪藻土製剤は、主に非晶質シリカで作られており、結晶質シリカをほとんどまたは全く含まないため、使用がより安全です。[ 49 ]

珪藻土に含まれる結晶性シリカの含有量は、米国労働安全衛生局（OSHA）によって規制されています。国立労働安全衛生研究所（National Institute for Occupational Safety and Health）のガイドラインでは、製品中および労働者の呼吸域付近の空気中の許容最大量（1%）が定められており、推奨曝露限度は1日8時間労働で6 mg/m 3となっています。 [ 49 ] OSHAは、珪藻土の許容曝露限度を20 mppcf（80 mg/m 3 /%SiO 2 ）と定めています。3,000 mg/m 3を超えると、珪藻土は生命と健康に直ちに危険を及ぼします。[ 50 ]

1930年代には、クリストバライト珪藻土産業で長期職業曝露を受け、数十年にわたって高濃度の空気中結晶シリカに曝露された労働者は、珪肺症のリスクが上昇していることが判明した。[ 51 ]

プールフィルター用に生産される珪藻土は、高温（焼成）と融剤（ソーダ灰）で処理され、以前は無害であった非晶質二酸化ケイ素が結晶構造に変化します。[ 49 ]

参照

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