酸浸工藝脫除微硅粉雜質(zhì)離子及其對(duì)熱堿溶解過(guò)程的強(qiáng)化

馮柳毅，林榮毅，田登超，張志遠(yuǎn)，張彩軍

（1華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北 唐山 063009；2中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，北京 100190；3中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083）

酸浸工藝脫除微硅粉雜質(zhì)離子及其對(duì)熱堿溶解過(guò)程的強(qiáng)化

馮柳毅1，2，林榮毅2，田登超2，張志遠(yuǎn)3，張彩軍1

（1華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北 唐山 063009；2中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，北京 100190；3中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083）

針對(duì)熱堿溶解微硅粉制備水玻璃的過(guò)程中存在Si轉(zhuǎn)化率較低的問(wèn)題，提出了采用酸浸預(yù)處理的方法脫除微硅粉中的金屬雜質(zhì)，強(qiáng)化其熱堿溶出過(guò)程，以提高Si的轉(zhuǎn)化率。本研究通過(guò)采用X射線熒光儀（XRF）、冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡與能譜分析儀（SEM-EDS）、X射線衍射儀（XRD）以及滴定分析檢測(cè)方法，研究了酸種類、酸濃度、反應(yīng)溫度、固液比、反應(yīng)時(shí)間對(duì)金屬雜質(zhì)浸出率的影響和酸浸工藝對(duì)微硅粉熱堿溶出過(guò)程的強(qiáng)化作用，得出適宜的酸浸條件：HCl濃度2mol/L、反應(yīng)溫度60℃、固液比1∶(6～8)、反應(yīng)時(shí)間40～60min。在堿溶出過(guò)程初期，酸浸處理后的微硅粉中SiO2的溶出率由46.62%增至61.91%，得到了顯著提高。結(jié)果表明：酸浸預(yù)處理對(duì)微硅粉的堿溶過(guò)程起到很好的強(qiáng)化作用，提高了Si的轉(zhuǎn)化率，這將在增大微硅粉利用率的同時(shí)也有利于滿足工業(yè)水玻璃[Na2O·(2.5～3)SiO2]對(duì)模數(shù)的要求。

廢物處理；二氧化硅；浸?。蝗芙?/p>

微硅粉是硅鐵合金和工業(yè)硅生產(chǎn)過(guò)程中，在礦熱爐內(nèi)產(chǎn)生的揮發(fā)性很強(qiáng)的SiO和Si氣體被空氣迅速氧化并冷凝而成的含硅工業(yè)粉塵[1-2]。微硅粉的化學(xué)組成相差較大，其中 SiO2含量一般可達(dá) 85%～96%[3]，還夾帶著游離C、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O等少量雜質(zhì)。微硅粉屬可吸入顆粒物（PM10）。微硅粉破人體吸收后直接進(jìn)入肺部，其毒害性比腸胃吸收要增大4～5倍，對(duì)人身體危害極大；因此，硅鐵合金工業(yè)產(chǎn)生的硅微粉已是嚴(yán)重的大氣污染源。

目前國(guó)外主要將微硅粉應(yīng)用在混凝土行業(yè)中，用于生產(chǎn)高強(qiáng)度和耐腐蝕的鋼筋混凝土材料[4-5]。微硅粉在水泥、耐火材料方面的技術(shù)相對(duì)也比較成熟，可用于水泥、耐火之類的注漿材料，減少化學(xué)侵蝕的同時(shí)延長(zhǎng)了耐火機(jī)件的壽命[6]。我國(guó)開(kāi)展微硅粉循環(huán)利用的工作起步較晚，尚未掌握微硅粉的提純、加密等方面的關(guān)鍵技術(shù)[7-8]。所回收的微硅粉純度不夠，大多SiO2含量只能達(dá)到88%左右[9-11]。受其質(zhì)量的影響，國(guó)內(nèi)企業(yè)回收的微硅粉很難直接應(yīng)用于材料性能改進(jìn)方面。因此，面對(duì)微硅粉低迷的市場(chǎng)狀態(tài)，提高其質(zhì)量的問(wèn)題亟需得到解決。

目前，微硅粉酸浸提純后可用于制備二氧化硅分子篩，能夠很好吸附廢水中重金屬離子。劉瑜、楊振偉等[3，12]采用自然沉降法和酸洗微硅粉的方法制備的白炭黑產(chǎn)品純度比較低，不能滿足生產(chǎn)應(yīng)用的要求。而裴新意等[13]采用微硅粉與CaO高溫煅燒后酸浸制備的白炭黑產(chǎn)品，雖產(chǎn)品純度得到提高，但其能量消耗大、生產(chǎn)成本高。張金梁等[14-15]采用熱堿溶解微硅粉制備高純度水玻璃溶液，可用于碳化制備高純度白炭黑產(chǎn)品。但是，由于 Fe、Mg、Ca等雜質(zhì)離子的存在，會(huì)引起水玻璃溶液發(fā)生絡(luò)合凝膠的現(xiàn)象，尤其是Ca2+的存在會(huì)直接引起凝絮狀物質(zhì)的生成，降低Si的轉(zhuǎn)化率[16]。為此，本文首先研究了酸洗對(duì)微硅粉的分離凈化過(guò)程，分析酸洗過(guò)程對(duì)微硅粉熱堿溶解過(guò)程的強(qiáng)化作用；通過(guò)調(diào)節(jié)酸的種類、酸的濃度、酸洗溫度、固液比、酸洗時(shí)間等物化參數(shù)，研究酸洗過(guò)程對(duì)微硅粉 Ca、Mg、K等雜質(zhì)的脫除效率，為微硅粉的分離凈化及其資源化利用提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)采用微硅粉為內(nèi)蒙古鄂爾多斯硅鐵冶煉煙道氣的除塵灰。XRF測(cè)驗(yàn)分析得出微硅粉中物質(zhì)組分如表1所示。微硅粉除主要的SiO2組分，其余還包括Mg、K、Al、Ca、Fe等金屬雜質(zhì)組成。

表1 微硅粉中主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

實(shí)驗(yàn)中所用鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉均為分析純?cè)噭?，溶液配制所用水為去離子水。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 微硅粉的酸浸除雜實(shí)驗(yàn)

在2L的玻璃反應(yīng)釜中加入175g微硅粉，分別加入0.25～4mol/L的HCl、H2SO4、HNO3溶液，調(diào)節(jié)微硅粉與酸溶液的固液比在1∶(4～10)之間，控制反應(yīng)溫度為30～90℃，在600r/min均速攪拌條件下進(jìn)行浸取反應(yīng)，微硅粉中 K2O、MgO、CaO與H+反應(yīng)進(jìn)入溶液相。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)停止反應(yīng)，反應(yīng)漿料經(jīng)過(guò)濾、洗滌后，濾渣作為NaOH熱堿溶解制備水玻璃的原料。所得濾液通過(guò)化學(xué)方法分析其中溶解K2O、MgO、CaO的含量。

1.2.2 微硅粉熱堿溶解實(shí)驗(yàn)

150g經(jīng)酸浸處理后的微硅粉配成 1100mL漿液，注入2L恒溫玻璃反應(yīng)釜中，在600r/min條件下勻速攪拌；溫度達(dá)到95℃時(shí)加入100mL NaOH（質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%）溶液進(jìn)行熱堿溶解，在不同的時(shí)間分別取樣分析溶液中SiO2的含量。恒溫反應(yīng)3h后，通過(guò)過(guò)濾得到高純度的水玻璃溶液。

1.3 分析方法

1.3.1 微硅粉樣品分析

采用X射線熒光儀（XRF，AXIOS-MAX型，荷蘭PANalytical B.V公司）分析微硅粉的化學(xué)組分，通過(guò)冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM，SU8020型，日立公司)觀察微硅粉中 SiO2顆粒的形態(tài)，采用能譜分析儀（EDS，SU8020型，日立公司）分析Mg、Ca、K元素在微硅粉顆粒中的分布，通過(guò)X射線衍射儀（XRD，Empyrean，荷蘭PANalytical B.V公司）分析微硅粉的分子結(jié)構(gòu)。

1.3.2 酸浸出液的雜質(zhì)離子分析

酸浸出液中Ca2+是根據(jù)GB/T 26520—2011進(jìn)行分析[17]，Mg2+是根據(jù) MT/T 486—1995進(jìn)行測(cè)定[18]，而酸浸出液中 K+是采用四苯硼鈉-季銨鹽反滴定法進(jìn)行測(cè)定[19]，見(jiàn)式（1）～式（3）。

Mg的脫除率

K的脫除率

Ca的脫除率

式中，c為EDTA滴定液的濃度，mol/L；V為酸浸出液的總體積，mL；V1、V5分別為滴定試樣中Mg2+、Ca2+消耗的EDTA量，mL；V2、V4、V6分別為分析Mg2+、K+、Ca2+所取試樣的體積，mL；M1、M2、M3分別為微硅粉原料中所含MgO、K2O、CaO的質(zhì)量，g；T為四苯硼鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)K的滴定度，mg/mL；f為1mL季銨鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于四苯硼鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)；V3為滴定試樣消耗季銨鹽的量，mL。

1.3.3 SiO2轉(zhuǎn)化率分析

微硅粉熱堿溶出的Na2SiO3溶液中SiO2含量采取鹽酸滴定總堿度的方法測(cè)定[20]，微硅粉中 SiO2溶出率為式（4）。

式中，m為微硅粉中SiO2的含量，g；mSiO2為溶解至Na2SiO3溶液中SiO2的含量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸種類對(duì)微硅粉雜質(zhì)離子脫除率的影響

將 175g微硅粉分別置于 1mol/L的 H2SO4，2mol/L的HCl、HNO3及HCl+HNO3混酸溶液中，溫度恒定在60℃的條件下浸取反應(yīng)4h，考察不同的酸對(duì)微硅粉金屬雜質(zhì)離子脫出率的影響。從圖1可以看出，酸浸對(duì)于微硅粉中的CaO組分的脫除率最大，其中 HNO3酸浸的脫除率可以達(dá) 93.82%，HCl+HNO3混酸浸取脫除率為83.03%，HCl、H2SO4酸浸脫除率分別為72.64%和65.54%。酸種類的變化對(duì)微硅粉中K2O脫除率的影響不大，其中，H2SO4對(duì)K2O的脫除效果最好，達(dá)到70.38%，而HCl、HNO3及其混合酸脫除率為64.38%～65.97%。酸對(duì)微硅粉中 MgO雜質(zhì)的脫除較差，H2SO4、HCl和HNO3對(duì)MgO脫除率僅有43.05%～44.06%。

圖1 不同酸種類對(duì)微硅粉雜質(zhì)離子脫除率的影響

微硅粉中雜質(zhì)主要為 Mg、K，此外還有少量Al、Fe、Ca組分。圖2是2mol/L的HCl處理前后微硅粉的XRD圖譜。微硅粉XRD圖譜為典型的非晶態(tài)特征彌散峰，說(shuō)明酸浸對(duì)微硅粉中非晶態(tài)SiO2沒(méi)有影響。而雜質(zhì)Mg、K主要是以MgSiO3、K6Si3O9等硅酸鹽的形式存在，經(jīng)酸浸后 MgSiO3、K6Si3O9特征峰消失，MgSiO3、K6Si3O9被酸溶解。SEM-EDS觀察表明[圖3(a)、(b)、(c)]，微硅粉Mg、K等組分均勻分布SiO2顆粒內(nèi)部，這與微硅粉SiO2的形成有關(guān)。在硅鐵合金的冶煉過(guò)程中，在1700～1820℃的礦熱爐，硅石（SiO2）被C還原為Si，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物SiO在煙道氣中遇O2生成SiO2過(guò)程中，與爐氣中MgO、K2O形成MgSiO3、K6Si3O9等硅酸鹽。因此，MgO、K2O均勻地包裹在微硅粉SiO2中。

圖2 酸處理前后微硅粉的XRD分析

圖3 微硅粉中Mg、K元素的SEM面掃描和EDS圖譜

酸浸對(duì)微硅粉中Mg、K等雜質(zhì)組分效果并不相同。圖3(d)、(e)、(f)表明，2mol/L硝酸浸取處理后，微硅粉SEM面掃描中K元素明顯減少，而Mg元素減少不很明顯。Mg、K酸浸過(guò)程可以表示為式（5）、式（6）[21]。

根據(jù)Iler[22]的研究，單硅酸（Si(OH)4）隨著時(shí)間的變化會(huì)聚合產(chǎn)生聚硅酸，形成難以過(guò)濾的凝膠，從而會(huì)阻礙MgSiO3的溶解和Mg組分的脫除。

2.2 酸濃度對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響

將175g微硅粉分別置于0.25mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L的HCl溶液中，酸浸溫度控制為60℃，反應(yīng)時(shí)間4h，考察HCl酸浸濃度變化對(duì)微硅粉除雜效果的影響。從圖4可知，隨著HCl酸濃度的增加，CaO的脫除率從78.11%逐漸增加；當(dāng)濃度為4mol/L時(shí)，CaO脫除率達(dá)到91.34%。但微硅粉中MgO、K2O的脫除率隨著HCl濃度的增加是先增大，然后降低的過(guò)程。MgO脫除率在HCl濃度為3mol/L時(shí)達(dá)到最大值43.76%，而K2O脫除率在HCl濃度為2mol/L時(shí)達(dá)到64.38%的最大值。由于鈍化作用阻礙了鹽酸與微硅粉的接觸，影響金屬雜質(zhì)的脫除效果。微硅粉中雜質(zhì) MgO、K2O、CaO的酸浸是復(fù)雜的過(guò)程，溫度和酸濃度[H+]對(duì)微硅粉中 CaO、MgO、K2O溶解速率可表示為式（7）[23]。

圖4 HCl酸浸濃度對(duì)Mg、Ca、K雜質(zhì)脫除率的影響

式中，r是雜質(zhì)的溶解速率，mol/(cm2?s)；k0是溶解速率常數(shù)，mol/(cm2?s)；Ea是表觀活化能，J/mol；{H+}是溶液中氫離子的活度；nH+是H+的反應(yīng)級(jí)數(shù)。不同酸性條件下，硅酸鹽反應(yīng)速率 r 會(huì)明顯變化，而且不同賦存形態(tài)的MgO、K2O、CaO在酸性條件下形成不同形態(tài)的膠凝物質(zhì)，從而影響MgO、K2O、CaO的脫除效率。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響

微硅粉175g置于2mol/L鹽酸溶液中，調(diào)節(jié)固液比為 1∶8，分別控制酸浸溶液溫度為 30℃、60℃、80℃、90℃，圖5表示酸浸溫度對(duì)微硅粉除雜效率的影響。如圖5所示，隨著酸浸溫度的升高，CaO、MgO、K2O雜質(zhì)的脫除率逐漸增加，當(dāng)溫度為 90℃時(shí)，CaO、MgO、K2O脫除率分別達(dá)到了92.21%、48.94%和71.42%。但是當(dāng)T>60℃時(shí)，酸浸溫度對(duì)微硅粉雜質(zhì)的脫除率的影響并不明顯，化學(xué)反應(yīng)對(duì)微硅粉中CaO、MgO、K2O的溶解的控制作用不明顯[24]，酸浸溫度選擇60℃為宜。

2.4 固液比對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響

取175g微硅粉，加入HCl控制酸浸溶液固液比分別為1∶4、1∶6、1∶8、1∶10，在溫度60℃酸浸4h，考察固液比變化對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響，圖6為不同固液比條件下微硅粉CaO、K2O、MgO的浸出率。從圖6可以看出，隨著固液比的減小，微硅粉CaO、K2O、MgO的脫除率逐漸增加。當(dāng)固液比為1∶10時(shí)，微硅粉中各種雜質(zhì)的脫除效果最好，即CaO、K2O、MgO雜質(zhì)的脫除率分別達(dá)到81.6%、72.06%、48.41%。這可能是因?yàn)椋篠i(OH)4單體被吸附在微硅粉表面上，在SiO2固液界面上重排，自組裝形成膠束[25]。在微硅粉顆粒密集的情況下，浸取液中H+很難通過(guò)稠密的膠束到達(dá)微硅粉顆粒間的孔障，從而導(dǎo)致雜質(zhì)離子去除率下降。低固液比雖然有利于雜質(zhì)離子的脫除，但會(huì)導(dǎo)致浸取費(fèi)用的提高[26]，因此選擇的固液比范圍在1∶(6～8)。

圖5 酸浸溫度對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響

圖6 固液比對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響

2.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響

采用2mol/L的HCl溶液，固液比為1∶8，在酸浸溫度為60℃，對(duì)微硅粉進(jìn)行酸浸反應(yīng)，在不同反應(yīng)時(shí)間取樣分析，考察微硅粉中CaO、K2O、MgO脫除率隨反應(yīng)時(shí)間的變化。由圖7可以看出，在酸浸反應(yīng)時(shí)間延續(xù)到80min時(shí)，CaO、K2O、MgO的脫除率分別達(dá)到93.48%、62.66%和39.03%。由圖7可知，在反應(yīng)開(kāi)始前 10min，微硅粉中的金屬雜質(zhì)與HCl迅速反應(yīng)，以可溶鹽的形式進(jìn)入溶液中。根據(jù)縮殼模型，礦物顆粒可能是由化學(xué)反應(yīng)控制，也可以由反應(yīng)物滲透產(chǎn)物層的擴(kuò)散控制[27-28]。反應(yīng)10～80min時(shí)，由于受離子擴(kuò)散的影響，微硅粉中雜質(zhì)的脫除速率逐漸降低。最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間選為40～60min。

圖7 反應(yīng)時(shí)間對(duì)微硅粉雜質(zhì)脫除率的影響

2.6 酸浸工藝對(duì)微硅粉熱堿溶出過(guò)程的強(qiáng)化

采用經(jīng) 2mol/L HCl、60℃恒溫浸漬 4h脫除CaO、K2O、MgO的微硅粉，與未作處理的微硅粉，加入NaOH（質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%）的溶液，在95℃溫度下進(jìn)行溶解反應(yīng)，比較酸浸處理對(duì)微硅粉熱堿溶解過(guò)程的強(qiáng)化作用，其溶解反應(yīng)見(jiàn)式（8）。

圖8是經(jīng)HCl處理前后微硅粉在NaOH溶液中溶解形成Na2O·(2.5～3)SiO2的溶解過(guò)程。由圖8可知，在反應(yīng) 2min時(shí)，經(jīng)酸浸處理后微硅粉的溶出率為61.91%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)酸處理微硅粉的46.62%溶出速率。熱堿反應(yīng)延長(zhǎng)到30min時(shí)，酸處理微硅粉的溶出率提高到66.33%，作用并不明顯；而未經(jīng)酸預(yù)處理的微硅粉的溶出率由 46.62%提高到58.17%。酸預(yù)處理強(qiáng)化了微硅粉的SiO2熱堿溶出過(guò)程，有利于微硅粉制備濕法水玻璃 Na2O·(2.5～3)SiO2的過(guò)程。

圖8 酸處理前后微硅粉的熱堿溶出過(guò)程

圖9 HCl酸預(yù)處理前后微硅粉SiO2粒子SEM形態(tài)

圖9 是HCl酸預(yù)處理前后微硅粉SiO2粒子SEM形態(tài)?？梢钥闯?，經(jīng)酸預(yù)處理后，隨著微硅粉中CaO、K2O、MgO的脫除，SiO2形成浸蝕后孔隙結(jié)構(gòu)，并且對(duì)SiO2顆粒起裂解破碎作用，從而增大SiO2表面O—Si—O，≡SiOH基團(tuán)與溶液中OH?接觸與鍵合面積，促進(jìn)微硅粉SiO2的溶解。

另一方面，微硅粉中雜質(zhì)Ca、Mg、Al等不但能降低SiO2的溶解速率，而且Al3+、Mg2+、Ca2+與Si(OH)4形成的物質(zhì)吸附在SiO2表面上，即使其量不足以在 SiO2表面形成單分子層，但會(huì)極大降低SiO2的溶解平衡[29]。因此采用酸預(yù)處理微硅粉可以強(qiáng)化SiO2的熱堿溶解過(guò)程，為微硅粉SiO2資源化利用提供技術(shù)基礎(chǔ)。

3 結(jié) 論

（1）微硅粉酸浸過(guò)程中，金屬雜質(zhì)Ca脫除效果最好，其次是雜質(zhì)K，而雜質(zhì)Mg的脫除率僅為40%左右，很難脫除。

（2）HNO3和H2SO4分別對(duì)金屬雜質(zhì)Ca、Mg脫除率最高為 93.82%和70.38%，但其分別對(duì)金屬雜質(zhì)K、Ca脫除效果比較差，相對(duì)而言，HCl對(duì)K、Ca、Mg脫除效果居中，因此選擇HCl作為酸浸劑比較適宜。

（3）采用HCl為酸浸劑，酸浸過(guò)程中隨著其濃度的增加，金屬雜質(zhì) Ca的脫除率逐漸增加，而雜質(zhì)Mg、K分別在濃度為3mol/L和2mol/L時(shí)達(dá)到了最大，綜合考慮，選擇反應(yīng)濃度為2mol/L；金屬雜質(zhì)Ca、K、Mg的脫除率均隨著溫度的升高和固液比的降低逐漸升高，但考慮到生產(chǎn)的成本問(wèn)題，其合適的反應(yīng)溫度為60℃和固液比為1∶(6～8)；在此條件下的反應(yīng)，當(dāng)t>10min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)金屬雜質(zhì)脫除速度逐漸變緩，綜合考慮，選擇反應(yīng)時(shí)間為40～60min。

（4）采用HCl酸浸處理后的微硅粉進(jìn)行溶出過(guò)程，提高了二氧化硅的溶出速率，強(qiáng)化了微硅粉的溶出過(guò)程，有利于濕法制備模數(shù)為2.5～3.0水玻璃產(chǎn)品，同時(shí)也為微硅粉的資源化利用提供技術(shù)基礎(chǔ)，證實(shí)采用鹽酸酸浸預(yù)處理微硅粉工藝是可行的。

[1]唐建新，呂艷紅，李傳山，等. 固體廢棄物微硅粉應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2013（4）：17-21.

[2]Rashad M M，Hessien M M，Abdel-Aal E A. Transformation of silica fume into chemical mechanical polishing (CMP) nano-slurries for advanced semiconductor manufacturing[J]. Powder Technology，2011，205：149-154.

[3]劉瑜，劉麗娟，李鐵龍，等. 硅微粉濕法提純研究[J]. 非金屬礦，2009，32（5）：36-38.

[4]Dotto J M R，de Abreu A G，Dal Molin D C C，et al. Influence of silica fume addition on concretes physical properties and on corrosion behaviour of reinforcement bars[J]. Cement & Concrete Composites，2004，26：31-39.

[5]Fajardo G，Cruz-López Arquímedes，Cruz-Moreno Dulce，et al. Innovative application of silicon nanoparticles (SN)：Improvement of the barrier effect in hardened Portland cement-based materials[J]. Construction and Building Materials，2015，76：158-167.

[6]Serdar Ayd?n，Bülent Baradan. The effect of fiber properties on high performance alkali-activated slag/silica fume mortars[J]. Composites，2013，45：63-69.

[7]鐵生年，姜子炎，汪長(zhǎng)安，等. 微波酸浸提高微硅粉純度工藝研究[J]. 工人晶體學(xué)報(bào)，2013，42（10）：2183-2187.

[8]Tomba Martinez A G，Luz A P，Braulio M A L. Creep behavior modeling of silica fume containing Al2O3-MgO refractory castables[J]. Ceramics International，2012，38：327-332.

[9]Khattab R M，EL-Rafei A M，Zawrah M F. In situ formation of sintered cordierite-mullite nano-micro composites by utilizing of waste silica fume[J]. Materials Research Bulletin，2012，47：2662-2667.

[10]朱文杰. MCM-41介孔分子篩的制備及其重金屬離子吸附研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2013.

[11]馬文會(huì)，朱文杰，魏奎先，等. 一種二氧化硅分子篩的制備方法：中國(guó)，201310519316.7[P]. 2014-01-29.

[12]楊振偉. 微硅濕法提純制備球形納米二氧化硅[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)，2011.

[13]裴新意，趙鵬，王尉和. 微硅粉生石灰煅燒酸溶制作白炭黑的研究[J]. 應(yīng)用化工，2008，37（2）：129-130.

[14]張金梁，郭占成，支歆，等. 微硅粉中在稀堿液中的溶解行為及動(dòng)力學(xué)[J]. 過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2012，12（2）：212-217.

[15]林榮毅，郭占成，李巨才，等. 一種綜合利用微硅粉制備白炭黑聯(lián)產(chǎn)納米碳酸鈣的方法：中國(guó)，201110267968.7[P]. 2012-04-25.

[16]支歆，郭占成，林榮毅，等. 微硅粉雜質(zhì)促進(jìn)水玻璃凝膠機(jī)理的研究[J]. 有色金屬：冶煉部分，2013（11）：50-54.

[17]中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì). 工業(yè)氯化鈣：GB/T 26520[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[18]全國(guó)煤類標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 煤礦酸性水中鎂離子的測(cè)定方法：MT/T 486—1995[S]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1995.

[19]冉廣芬，馬海州，孟瑞英，等. 四苯硼鈉-季銨鹽容量法快速測(cè)鉀[J]. 鹽湖研究，2009，17（2）：39-42.

[20]賈鳳梅，秦麗，趙希兵. 水玻璃模數(shù)和二氧化硅浸出率快速測(cè)定的優(yōu)化[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2011（17）：93.

[21]Yin Zhoulan，Ding Zhiying，Hu Huiping，et al. Dissolution of zinc silicate （hemimorphite） with ammonia-ammonium chloride solution[J]. Hydrometallurgy，2010，103：215-220.

[22]Iler R K. The Colloid Chemistry of Silica and Silicates[M]. New York：Cornell University Press，1955.

[23]Wang Fei，Giammar Daniel E. Forsterite dissolution in saline water at elevated temperature and high CO2pressure[J]. Environ. Sci. Technology，2013，47：168?173.

[24]Petr Ptá?ek，Magdaléna Nosková，Ji?í Brand?tetr. Mechanism and kinetics of wollastonite fibre dissolution in the aqueous solution of acetic acid[J]. Powder Technology，2011，206：338-344.

[25]Valentina Prigiobbe，GiuliaCosta，Renato Baciocchi，et al. The effect of CO2and salinity on olivine dissolution kinetics at 120℃[J]. Chemical Engineering Science，2009，64：3510 -515.

[26]陳玉，徐穎，馮岳陽(yáng). 利用響應(yīng)面法優(yōu)化皂角苷浸提飛灰中重金屬的處理?xiàng)l件[J]. 化工學(xué)報(bào)，2014，65（2）：701-710.

[27]楊逢時(shí)，蘇毅，李國(guó)斌，等. 錳鐵冶煉煙塵灰中錳鋅的浸出實(shí)驗(yàn)研究[J]. 化工進(jìn)展，2014，33（5）：1317-1320.

[28]Baba lafara A，Adekola Folahan A. Hydrometallurgical processing of a Nigerian sphalerite in hydrochloric acid：Characterization and dissolution kinetics[J]. Hydrometallurgy，2010，101：69-75.

[29]Pavel Raschman，Alena Fedoro? ková. Dissolution kinetics of periclase in dilute hydrochloric acid[J]. Chemical Engineering Science，2008，63：576-586.

Impurity ions of micro silicon powder removal by acid leaching and intensification to the hot alkali dissolving process

FENG Liuyi1，2，LIN Rongyi2，TIAN Dengchao2，ZHANG Zhiyuan3，ZHANG Caijun1
（1College of Metallurgy and Energy，North China University of Science and Technology，Tangshan 063009，Hebei，China；2Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China；3Mechanical Electronic＆Information Engineering，China University of Mining＆Technology，Beijing 100083，China）

In the process of sodium silicate preparation with hot alkali dissolving micro silicon powder，silica conversion is low. A new approach of acid leaching pretreatment to removing the metal impurity of micro silicon powder was proposed in this study. The method can strengthen the hot alkali dissolution process and improve the conversion rate of silica. The effects of acid types，acid concentrations，temperatures，solid-liquid ratio and reaction time on leaching rate of metal impurities were investigated by X-ray fluorescence spectrometer（XRF），ice emission scanning electron microscope and energy spectrum analyzer（SEM-EDS），X-ray diffractometer（XRD）and titration analysis. The reinforcement of the acid leaching process of micro silicon powder on hot alkali dissolution process was also studied. The appropriate reaction condition was as follows：2mol/L HCl，reaction temperature 60℃，solid-liquid ratio 1∶(6—8)，the reaction time 40—60min. At the beginning of the dissolution process，the dissolution rate of micro silicon powder，after acid leaching，wasimproved from 46.62% to 61.91%. The results showed that the pretreatment of micro silicon powder with acid leaching had good strengthening effect on the dissolution process，and raised the transformation rate of silica. This will increase the utilization ratio of micro silicon powder as well as to meet the module claim industrial sodium silicate[Na2O?(2.5—3)SiO2].

waste treatment；silica；leaching；dissolution

TQ 127.2

A

1000-6613（2015）12-4379-07

10.16085/j.issn.1000-6613.2015.12.041

2015-07-02；修改稿日期：2015-08-12。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAC27B03）。

馮柳毅（1989—），女，碩士研究生，主要從事冶金過(guò)程廢棄物資源綜合利用方向的研究。聯(lián)系人：林榮毅，博士，副研究員，從事復(fù)雜資源高值化利用關(guān)鍵技術(shù)研究。E-mail linry@ipe.ac.cn。