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经济的(de)(de)高速(su)发展离不(bu)开(kai)工(gong)业的(de)(de)支持，因此巨(ju)大经济利(li)(li)润的(de)(de)背后(hou)，也意(yi)味着产生了大量(liang)的(de)(de)工(gong)业固(gu)体废弃物。这些固(gu)废不(bu)仅(jin)会占据大面积(ji)的(de)(de)土地资源(yuan)，威胁周边生态(tai)环(huan)境的(de)(de)平衡和稳定，而且里面本(ben)可以利(li)(li)用的(de)(de)大量(liang)资源(yuan)也会遭到浪费。

为了更健(jian)康(kang)地发展(zhan)经济，提高工业固废资源的处(chu)置(zhi)效果成(cheng)为了关键。虽然这些(xie)固废在它们的来源地看(kan)来毫无(wu)意义，但换一个场合后，它们完全(quan)可以摇身一变成(cheng)为生(sheng)产其他(ta)产品(pin)的原料(liao)——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。

固废中含有的二氧(yang)化硅成分

上面已(yi)经(jing)提(ti)到了(le)都有哪(na)些固废资源值得被回收利用，为了(le)更好(hao)地提(ti)取其(qi)中的SiO₂，就必须研(yan)究清楚固废(fei)中SiO₂的组成(cheng)及矿相。

①粉煤灰

粉煤灰是(shi)指从煤燃烧(shao)后的烟气中(zhong)收捕下来(lai)的细灰，是(shi)燃煤电厂排出的主要固(gu)体(ti)废物。其主(zhu)要晶(jing)相为石(shi)(shi)英和莫(mo)来石(shi)(shi)等(deng)矿(kuang)物相结构，其中(zhong)SiO₂主(zhu)要分(fen)布在石(shi)英、莫来石(shi)中，以晶态(tai)二氧化(hua)硅的形式存在；还有(you)部分(fen)SiO₂存(cun)在于铝硅(gui)酸(suan)盐中，以非晶态(tai)二氧化硅(gui)的形(xing)式存(cun)在。

②黄(huang)磷炉渣

黄(huang)磷(lin)炉渣是(shi)电炉法生(sheng)产黄(huang)磷(lin)过(guo)程中排放的(de)(de)高温熔(rong)融渣，经(jing)水淬后得到(dao)的(de)(de)固废(fei)的(de)(de)主要矿物成(cheng)分是(shi)硅钙石(shi)，化学(xue)成(cheng)分主要含有CaO、SiO₂及少量铝、铁(tie)、镁、磷、氟等元素。黄磷炉渣中没有结(jie)晶相(xiang)（主要呈非晶态），表明SiO₂在(zai)黄磷炉(lu)渣中主要(yao)以非晶态二氧(yang)化硅的(de)形式存在(zai)。

③煤矸石

煤(mei)矸石是采煤(mei)过程(cheng)和(he)洗煤(mei)过程(cheng)中(zhong)排放的固体废物(wu)，是一(yi)种在成煤(mei)过程(cheng)中(zhong)与煤(mei)层伴(ban)生的一(yi)种含碳量较低、比煤(mei)坚硬的黑灰色岩石，存在石英(ying)、白云(yun)母(mu)和(he)高(gao)岭石等矿物(wu)相结构。其中(zhong)SiO₂主要(yao)分布在石英中，以晶态二(er)氧化(hua)硅的形式存在。

④铜(tong)冶炼渣

铜(tong)冶炼渣(zha)(zha)是炼铜(tong)过(guo)程(cheng)中(zhong)产生的渣(zha)(zha)，属(shu)有色金属(shu)渣(zha)(zha)的一种(zhong)，存在磁铁矿、橄(gan)榄(lan)石(shi)和钙长石(shi)等矿物相结构，其中(zhong)SiO₂主要存(cun)在于铁橄榄石(Fe₂SiO₄)中，以晶态(tai)二氧(yang)化硅的形式(shi)存在。

代表性(xing)固(gu)废(fei)的SEM图：(a)粉煤灰，(b)黄磷炉渣，(c)煤矸石，(d)铜冶炼渣

SEM分析(xi)表明：粉煤灰由多分散球(qiu)状颗(ke)(ke)粒组(zu)成，其中不规则的球(qiu)状颗(ke)(ke)粒为(wei)莫来石，规则的球(qiu)状颗(ke)(ke)粒为(wei)硅铝玻璃质相；黄磷炉渣中大(da)块颗(ke)(ke)粒状物质为(wei)非晶态硅酸钙；煤矸石的SiO₂呈现出明显的(de)、有规律的(de)层状结(jie)构；铜冶炼(lian)渣中呈现白(bai)亮状的(de)物质为铜铁的(de)硫(liu)化(hua)物，灰白(bai)色(se)(se)的(de)物质为铁的(de)氧化(hua)物，灰黑色(se)(se)的(de)物质为铁橄榄石。

固废“出身”的二氧化硅产品

目前处理固体废弃物的主要(yao)思路，是(shi)将其中含有(you)的其他物质如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(tan)黑

白(bai)炭黑(hei)的化学分子式(shi)为SiO₂·nH₂O，它是一种白色无(wu)定形纳(na)米二(er)氧化硅物质，具(ju)有(you)优异的(de)孔(kong)隙率、高分散(san)性(xing)、热稳定性(xing)和良好(hao)的(de)电绝缘性(xing)，常被用于制备催化剂、橡(xiang)胶(jiao)增强剂、触变(bian)剂、热绝缘体(ti)和复合(he)材料，是橡(xiang)胶(jiao)、化工、电子、医药等行业(ye)提(ti)高产(chan)品(pin)质量(liang)的(de)“工业(ye)味精(jing)”。

目前利用固(gu)废制备(bei)白炭黑主(zhu)要采用沉(chen)淀(dian)法工(gong)艺(yi)，该工(gong)艺(yi)可细分(fen)为酸溶法和(he)碱溶法。酸溶法利用固(gu)废与盐酸或硝(xiao)酸混合，使固(gu)废中(zhong)的(de)Fe₂O₃、Al₂O₃、稀土金属(shu)或硅(gui)酸(suan)盐(yan)等(deng)转化(hua)为易溶(rong)解的氯化(hua)物及SiO₂沉淀，从(cong)而将固废中的(de)稀土等(deng)有价金属元(yuan)素(su)或铁、铝等(deng)杂质(zhi)元(yuan)素(su)转移至液(ye)(ye)相，富集二氧化(hua)硅的(de)滤饼经酸洗除(chu)去铁、炭等(deng)杂质(zhi)，然(ran)后通过干燥(zao)及煅(duan)烧得到白炭黑产品。碱溶法利用固废与碱在(zai)熔融(rong)或者水溶液(ye)(ye)中发生反应制得水玻璃，然(ran)后通入CO₂或者(zhe)与盐酸或硫酸溶液反(fan)应，使二氧化硅以絮状形(xing)式沉淀出来，经过滤、清洗、干燥(zao)后(hou)得到白炭黑产品。

②二氧化硅气(qi)凝胶

二(er)氧化(hua)(hua)(hua)硅气(qi)凝胶(jiao)由于(yu)具有较大(da)的比表面积、大(da)孔(kong)容、低(di)体积密度(du)和(he)低(di)导热系数等(deng)特点，可以应用在(zai)催化(hua)(hua)(hua)剂、透明隔(ge)热材料(liao)、薄(bo)膜、射(she)电发光(guang)器(qi)件(jian)、药物释放系统等(deng)领(ling)域。利用固废制(zhi)备二(er)氧化(hua)(hua)(hua)硅气(qi)凝胶(jiao)时(shi)，一般采用溶胶(jiao)-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沸石

沸石(shi)由于其多孔结构，可以容纳多种(zhong)阳(yang)离子，具(ju)有吸附、离子交换和催化等(deng)一种(zhong)或多种(zhong)性质，被广泛用于以下方面：分离提纯过(guo)程中(zhong)的(de)(de)工业(ye)吸附剂(ji)、制备先(xian)进(jin)材(cai)料(liao)的(de)(de)催化剂(ji)、膜材(cai)料(liao)和膜加工的(de)(de)添加剂(ji)、离子交换材(cai)料(liao)、化学(xue)传感器等(deng)。沸石(shi)一般是(shi)由氧化铝源(yuan)、硅(gui)(gui)源(yuan)形成的(de)(de)铝硅(gui)(gui)酸盐凝胶经水热处理(li)合成的(de)(de)，但(dan)由于氧化铝源(yuan)、氧化硅(gui)(gui)源(yuan)合成沸石(shi)的(de)(de)成本较高，从固废(fei)中(zhong)寻找合成沸石(shi)的(de)(de)廉价(jia)材(cai)料(liao)成为(wei)研(yan)究热点。

利用固(gu)废合(he)(he)(he)成(cheng)沸(fei)石的(de)方法(fa)主(zhu)要有两种(zhong)：一种(zhong)方法(fa)是(shi)传统的(de)合(he)(he)(he)成(cheng)方法(fa)，即固(gu)废碱熔(rong)后水热合(he)(he)(he)成(cheng)；另一种(zhong)方法(fa)是(shi)微波(bo)或(huo)超声波(bo)辅助合(he)(he)(he)成(cheng)新工艺，可以显(xian)著降低沸(fei)石合(he)(he)(he)成(cheng)的(de)时(shi)间与(yu)能耗，并提(ti)高了沸(fei)石的(de)结晶度(du)。

总结(jie)

总之，通过上述方式使工业固(gu)废资源得到(dao)更加(jia)充分的利(li)用，让其(qi)中含(han)有的二(er)氧化硅成(cheng)分变(bian)身(shen)成(cheng)为多(duo)孔性(xing)、耐高温、电绝缘性(xing)和催化性(xing)能优良(liang)的功能材料，不仅有助于(yu)减少(shao)环(huan)境污染，也能最大限(xian)度地发挥(hui)固(gu)废的价(jia)值(zhi)，实属(shu)一举(ju)多(duo)得，前景相(xiang)当(dang)可(ke)观。

资料来源：

工业固体(ti)废弃物制备(bei)二氧化(hua)硅功能材料的研究进展(zhan)，苏博文，史(shi)公初(chu)，廖亚龙(long)，张宇，王伟，郗家俊。

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