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经济的(de)高速发展离不开工业(ye)的(de)支持，因(yin)此巨大经济利(li)润(run)的(de)背后，也意(yi)味(wei)着产生了大量的(de)工业(ye)固体(ti)废弃(qi)物。这些(xie)固废不仅(jin)会占(zhan)据大面(mian)积的(de)土地资源，威胁周(zhou)边生态环境(jing)的(de)平衡和稳定，而且里面(mian)本可以利(li)用的(de)大量资源也会遭到浪费。

为了更健(jian)康地发展经济，提高(gao)工(gong)业固(gu)(gu)废资源(yuan)的(de)处置(zhi)效果(guo)成为了关键(jian)。虽然这些固(gu)(gu)废在(zai)它们的(de)来源(yuan)地看(kan)来毫无意义(yi)，但(dan)换一(yi)个场(chang)合后(hou)，它们完全可以摇身一(yi)变成为生产其(qi)他(ta)产品(pin)的(de)原料——比如说高温熔炼过程产生的炉渣、电力行业及冶金过程产生的粉煤灰、煤炭采掘业产生的煤矸石中就含有大量主要以硅酸盐、晶态二氧化硅和非晶态二氧化硅等形式存在的二氧化硅，如果将它们全部丢弃，无异于置一座富含二氧化硅的“矿山”于不顾，实在可惜。

固废(fei)中(zhong)含有的二氧化硅成(cheng)分

上面(mian)已经提到了都有哪些固废资(zi)源值(zhi)得被回(hui)收利用，为了更好地提取其中的SiO₂，就必(bi)须研(yan)究(jiu)清楚固废(fei)中(zhong)SiO₂的组成及(ji)矿相(xiang)。

①粉煤(mei)灰

粉煤灰(hui)是(shi)(shi)指从煤燃(ran)烧后(hou)的烟(yan)气中收捕下来的细灰(hui)，是(shi)(shi)燃(ran)煤电(dian)厂排出的主(zhu)要(yao)固体废物。其主要晶(jing)相(xiang)为石(shi)英和莫来石(shi)等矿物(wu)相(xiang)结构(gou)，其中SiO₂主(zhu)要分布(bu)在石(shi)(shi)英、莫来石(shi)(shi)中(zhong)，以(yi)晶态二氧化硅的形式存(cun)在；还有部分SiO₂存在于铝硅(gui)酸盐中，以非晶态二氧(yang)化硅(gui)的形(xing)式(shi)存在。

②黄磷炉渣

黄磷(lin)炉渣是电炉法(fa)生产黄磷(lin)过程中排放的(de)高温(wen)熔(rong)融渣，经水淬(cui)后得(de)到的(de)固(gu)废的(de)主要矿物成分是硅钙石(shi)，化学成分主要含有(you)CaO、SiO₂及少量铝、铁、镁、磷、氟(fu)等元(yuan)素。黄(huang)磷炉渣中没有结晶相（主要(yao)呈(cheng)非晶态），表明SiO₂在黄磷炉渣(zha)中主(zhu)要以非晶态二氧化硅的(de)形式(shi)存在。

③煤矸(gan)石

煤(mei)(mei)矸石是采(cai)煤(mei)(mei)过程(cheng)(cheng)和洗煤(mei)(mei)过程(cheng)(cheng)中排放的(de)固体废物(wu)，是一种(zhong)在成(cheng)煤(mei)(mei)过程(cheng)(cheng)中与煤(mei)(mei)层(ceng)伴(ban)生的(de)一种(zhong)含碳量较低、比煤(mei)(mei)坚硬(ying)的(de)黑灰色岩石，存在石英(ying)、白云母和高岭(ling)石等矿(kuang)物(wu)相结构。其中SiO₂主(zhu)要分布在石英(ying)中，以晶(jing)态二氧化(hua)硅的形式存(cun)在。

④铜冶炼渣

铜(tong)冶炼(lian)(lian)渣是炼(lian)(lian)铜(tong)过程(cheng)中产生(sheng)的(de)渣，属(shu)有色(se)金(jin)属(shu)渣的(de)一种，存在(zai)磁铁矿、橄榄石和钙长石等矿物相结构，其中SiO₂主要存在于铁橄榄(lan)石(Fe₂SiO₄)中，以(yi)晶态二氧化硅的形式(shi)存在。

代表(biao)性固(gu)废的(de)SEM图：(a)粉煤灰，(b)黄磷炉渣，(c)煤矸石，(d)铜冶炼渣

SEM分析表明：粉煤(mei)灰由多分散(san)球状(zhuang)颗(ke)(ke)(ke)粒组(zu)成(cheng)，其中不(bu)规则的(de)球状(zhuang)颗(ke)(ke)(ke)粒为莫来石，规则的(de)球状(zhuang)颗(ke)(ke)(ke)粒为硅铝玻璃质(zhi)相(xiang)；黄磷炉渣中大(da)块颗(ke)(ke)(ke)粒状(zhuang)物(wu)质(zhi)为非晶态硅酸钙；煤(mei)矸石的(de)SiO₂呈现出明显的、有规律(lv)的层状结(jie)构；铜(tong)冶炼渣中呈现白(bai)亮状的物(wu)质(zhi)为铜(tong)铁(tie)的硫化(hua)物(wu)，灰(hui)白(bai)色的物(wu)质(zhi)为铁(tie)的氧化(hua)物(wu)，灰(hui)黑色的物(wu)质(zhi)为铁(tie)橄榄石。

固废“出身”的二氧化硅产品

目前(qian)处(chu)理固体(ti)废弃物的(de)主要思路，是(shi)将其(qi)中含(han)有的(de)其(qi)他物质如(ru)Al₂O₃、FeO 等可以被利用的有价成分以及稀土及贵金属元素先分离提取出来，然后再制备白炭黑、二氧化硅气凝胶等产品，也可以同时利用固体废弃物中的二氧化硅和氧化铝制备沸石。

①白炭黑(hei)

白炭黑的化学分子式为(wei)SiO₂·nH₂O，它是一(yi)种白(bai)色无定(ding)形纳(na)米二氧化(hua)硅物质(zhi)，具有(you)优异的孔隙率、高(gao)分散性(xing)、热(re)稳(wen)定(ding)性(xing)和(he)良好的电(dian)绝缘性(xing)，常被用于制(zhi)备(bei)催化(hua)剂、橡(xiang)(xiang)胶增强剂、触变剂、热(re)绝缘体和(he)复合材料，是橡(xiang)(xiang)胶、化(hua)工、电(dian)子、医药等行业提高(gao)产(chan)品(pin)质(zhi)量的“工业味精”。

目前利(li)用(yong)(yong)固(gu)废(fei)(fei)制备白炭黑主要采用(yong)(yong)沉淀法工艺，该工艺可(ke)细分为酸溶法和碱溶法。酸溶法利(li)用(yong)(yong)固(gu)废(fei)(fei)与(yu)盐酸或硝酸混合，使固(gu)废(fei)(fei)中的Fe₂O₃、Al₂O₃、稀土金属(shu)或硅酸盐等(deng)转化为易溶(rong)解的氯(lv)化物(wu)及SiO₂沉淀，从而(er)将固废(fei)中的稀土等(deng)(deng)有价(jia)金属元(yuan)素或(huo)铁、铝等(deng)(deng)杂质(zhi)元(yuan)素转移(yi)至液(ye)相，富集(ji)二(er)氧(yang)化硅的滤饼(bing)经酸(suan)洗除去铁、炭等(deng)(deng)杂质(zhi)，然后通过(guo)干燥(zao)及煅烧得到白炭黑产品。碱溶(rong)(rong)法利用固废(fei)与碱在(zai)熔融或(huo)者水溶(rong)(rong)液(ye)中发生反应制(zhi)得水玻(bo)璃，然后通入(ru)CO₂或(huo)者与盐酸或(huo)硫酸溶(rong)液(ye)反应，使二氧化硅以絮状形式沉淀出来，经过滤(lv)、清(qing)洗、干燥后得到白炭黑产品(pin)。

②二氧化(hua)硅气凝胶

二氧化(hua)硅气(qi)凝胶由(you)于具有较大的比(bi)表面积、大孔容(rong)、低体(ti)积密度和低导热系(xi)数等(deng)特点，可以应(ying)用(yong)(yong)在催化(hua)剂、透明(ming)隔热材料、薄(bo)膜(mo)、射电(dian)发光(guang)器(qi)件(jian)、药物释(shi)放系(xi)统等(deng)领域。利用(yong)(yong)固废制备二氧化(hua)硅气(qi)凝胶时，一般采(cai)用(yong)(yong)溶胶-凝胶法工艺，首先将固废与碱发生反应制得不同模数的水玻璃，然后向水玻璃中加酸溶液使其直接凝胶化，再使用甲醇、乙醇等分子类醇来进行老化，最后用超临界干燥或者常压干燥工艺进行干燥。由于常压干燥设备简单、便宜，因此具有更广阔的前景。

③沸(fei)石

沸(fei)(fei)石(shi)由(you)(you)(you)于(yu)其多孔(kong)结(jie)构，可以容纳多种阳离(li)子，具有(you)吸附、离(li)子交换和催化(hua)等一种或(huo)多种性质，被广泛用于(yu)以下方面：分离(li)提纯过程中的(de)(de)工(gong)业吸附剂、制(zhi)备先进材料的(de)(de)催化(hua)剂、膜材料和膜加(jia)工(gong)的(de)(de)添加(jia)剂、离(li)子交换材料、化(hua)学传感器(qi)等。沸(fei)(fei)石(shi)一般是(shi)由(you)(you)(you)氧化(hua)铝源、硅(gui)源形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)铝硅(gui)酸盐凝胶经(jing)水热(re)(re)处理合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)，但(dan)由(you)(you)(you)于(yu)氧化(hua)铝源、氧化(hua)硅(gui)源合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)沸(fei)(fei)石(shi)的(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本较高，从固废中寻找合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)沸(fei)(fei)石(shi)的(de)(de)廉价材料成(cheng)(cheng)(cheng)为研究(jiu)热(re)(re)点。

利用固废(fei)合(he)(he)成沸(fei)石的方法(fa)主要有两种(zhong)(zhong)：一种(zhong)(zhong)方法(fa)是(shi)传统(tong)的合(he)(he)成方法(fa)，即固废(fei)碱熔后(hou)水热合(he)(he)成；另(ling)一种(zhong)(zhong)方法(fa)是(shi)微波(bo)(bo)或超声波(bo)(bo)辅助合(he)(he)成新工艺，可以显著降(jiang)低沸(fei)石合(he)(he)成的时间与能耗，并提高(gao)了(le)沸(fei)石的结晶度。

总结

总之，通过上述方式(shi)使工业固废资源得到(dao)更(geng)加充分的(de)利用(yong)，让(rang)其中含(han)有的(de)二氧化硅成分变身成为多孔性、耐高温、电绝缘性和催化性能优良的(de)功能材料，不仅有助于减少(shao)环境污染，也能最(zui)大限度地发(fa)挥(hui)固废的(de)价值，实属(shu)一举多得，前(qian)景相(xiang)当可观。

资料来源(yuan)：

工(gong)业固(gu)体(ti)废弃物制备二氧化硅功能材料的(de)研究进展，苏(su)博文，史公初，廖亚龙，张宇，王(wang)伟，郗家俊。

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