经济的高速发展离不开工业的支持，因此巨大经济利润的背后，也意味着产生了大量的工业固体废弃物。这些固废不仅会占据大面积的土地资源，威胁周边生态环境的平衡和稳定，而且里面本可以利用的大量资源也会遭到浪费。
为了更健康地发展经济，提高工业固废资源的处置效果成为了关键。虽然这些固废在它们的来源地看来毫无意义，但换一个场合后，它们完全可以摇身一变成为生产其他产品的原料——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。
固废中含有的二氧化硅成分上面已经提到了都有哪些固废资源值得被回收利用，为了更好地提取其中的SiO2，就必须研究清楚固废中SiO2的组成及矿相。
①粉煤灰
粉煤灰是指从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。其主要晶相为石英和莫来石等矿物相结构，其中SiO2主要分布在石英、莫来石中，以晶态二氧化硅的形式存在；还有部分SiO2存在于铝硅酸盐中，以非晶态二氧化硅的形式存在。
②黄磷炉渣
黄磷炉渣是电炉法生产黄磷过程中排放的高温熔融渣，经水淬后得到的固废的主要矿物成分是硅钙石，化学成分主要含有CaO、SiO2及少量铝、铁、镁、磷、氟等元素。黄磷炉渣中没有结晶相（主要呈非晶态），表明SiO2在黄磷炉渣中主要以非晶态二氧化硅的形式存在。
③煤矸石
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，存在石英、白云母和高岭石等矿物相结构。其中SiO2主要分布在石英中，以晶态二氧化硅的形式存在。
④铜冶炼渣
铜冶炼渣是炼铜过程中产生的渣，属有色金属渣的一种，存在磁铁矿、橄榄石和钙长石等矿物相结构，其中SiO2主要存在于铁橄榄石(Fe2SiO4)中，以晶态二氧化硅的形式存在。
代表性固废的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：粉煤灰由多分散球状颗粒组成，其中不规则的球状颗粒为莫来石，规则的球状颗粒为硅铝玻璃质相；黄磷炉渣中大块颗粒状物质为非晶态硅酸钙；煤矸石的SiO2呈现出明显的、有规律的层状结构；铜冶炼渣中呈现白亮状的物质为铜铁的硫化物，灰白色的物质为铁的氧化物，灰黑色的物质为铁橄榄石。
固废“出身”的二氧化硅产品目前处理固体废弃物的主要思路，是将其中含有的其他物质如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白炭黑
白炭黑的化学分子式为SiO2·nH2O，它是一种白色无定形纳米二氧化硅物质，具有优异的孔隙率、高分散性、热稳定性和良好的电绝缘性，常被用于制备催化剂、橡胶增强剂、触变剂、热绝缘体和复合材料，是橡胶、化工、电子、医药等行业提高产品质量的“工业味精”。
目前利用固废制备白炭黑主要采用沉淀法工艺，该工艺可细分为酸溶法和碱溶法。酸溶法利用固废与盐酸或硝酸混合，使固废中的Fe2O3、Al2O3、稀土金属或硅酸盐等转化为易溶解的氯化物及SiO2沉淀，从而将固废中的稀土等有价金属元素或铁、铝等杂质元素转移至液相，富集二氧化硅的滤饼经酸洗除去铁、炭等杂质，然后通过干燥及煅烧得到白炭黑产品。碱溶法利用固废与碱在熔融或者水溶液中发生反应制得水玻璃，然后通入CO2或者与盐酸或硫酸溶液反应，使二氧化硅以絮状形式沉淀出来，经过滤、清洗、干燥后得到白炭黑产品。
②二氧化硅气凝胶
二氧化硅气凝胶由于具有较大的比表面积、大孔容、低体积密度和低导热系数等特点，可以应用在催化剂、透明隔热材料、薄膜、射电发光器件、药物释放系统等领域。利用固废制备二氧化硅气凝胶时，一般采用溶胶-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沸石
沸石由于其多孔结构，可以容纳多种阳离子，具有吸附、离子交换和催化等一种或多种性质，被广泛用于以下方面：分离提纯过程中的工业吸附剂、制备先进材料的催化剂、膜材料和膜加工的添加剂、离子交换材料、化学传感器等。沸石一般是由氧化铝源、硅源形成的铝硅酸盐凝胶经水热处理合成的，但由于氧化铝源、氧化硅源合成沸石的成本较高，从固废中寻找合成沸石的廉价材料成为研究热点。
利用固废合成沸石的方法主要有两种：一种方法是传统的合成方法，即固废碱熔后水热合成；另一种方法是微波或超声波辅助合成新工艺，可以显著降低沸石合成的时间与能耗，并提高了沸石的结晶度。
总结总之，通过上述方式使工业固废资源得到更加充分的利用，让其中含有的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功能材料，不仅有助于减少环境污染，也能最大限度地发挥固废的价值，实属一举多得，前景相当可观。
资料来源：
工业固体废弃物制备二氧化硅功能材料的研究进展，苏博文，史公初，廖亚龙，张宇，王伟，郗家俊。
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