[发明专利]一种提高工业硅渣中水溶性硅的方法及应用

说明书

本发明公开了一种提高工业硅渣中水溶性硅的方法及应用，将工业硅渣与助磨剂混合；然后经高能球磨处理，球磨速度450r/min～600r/min，球磨时间2h～6h，得到高活性的水溶性硅。本发明制备方法简单，无需高温高压，可以避免大量的能源消耗，且无废水废气产生，不会造成二次污染；经处理后，工业硅渣中水溶性硅含量高达54.61％以上，且含有微量元素如Fe、Ca、Mg、K等，不含有害重金属，有利于调节土壤酸性、增加土壤肥力，同时不会对土壤造成污染。

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种绿色高效提高工业硅渣中水溶性硅的方法。

背景技术

在生产水溶性硅的过程中，我们通常会使用工业含硅废渣作为原料，然而，这些废渣中水溶性硅活性都不高，所以我们必须先将水溶性硅活性提高到一定水平后再将其用于制造水溶性硅。根据国内外有关利用工业废弃物制备水溶性硅的研究，可以通过热化学活化、化学活化等方法来活化工业废弃物中的硅元素。(1)热化学活化是在高温过程中添加一些化学物质，使工业含硅废渣结构发生改变，这过程中伴有结构膨胀、成分挥发，使其从固相结构转变成多孔、多断键、多可溶物、内能更高的无定形结构，将硅活化成可溶的无定形SiO₂(李光辉，2004)。目前，这种方法研究的人员比较多，但是，这种方法会因为选用的参数不同而最终获取的有效硅的浓度存在一定的波动，一般介于15％～35％之间。(2)化学活化主要是通过改变促进工业含硅废渣风化的因素来加快硅元素的浸出率，例如改变温度、压力、酸碱度、时间等因素。通常利用酸、碱、盐溶液处理来改变工业含硅废渣的酸碱度，从而提高硅元素的活化程度。工业含硅废渣中一般存在硅氧键和铝氧键，它们多以配位多面体的形式存在，如硅铝氧四面体SiO₄和AlO₄(范立瑛，2010)。当受到外界条件的作用时，SiO₄中的Si—O键会发生断裂，形成正负离子，使SiO₄中的硅活化，加大硅的溶出量。这种方法能取得较好的活化效果，但工艺十分复杂。

硅溶胶的生产原料主要为水玻璃和工业硅粉，据调查，硅溶胶在制造硅胶过程中，会在裁切、修剪、烘烤、检测等工序中产生含硅量较高的废渣，简称硅渣。据统计，每生产300吨的硅胶约产生3到10吨的硅渣，占硅胶总产量的1％—3％，这类硅渣含硅量高达65％，杂质较少，并含有一些微量元素如Fe、Ca、Mg、K等，若能活化硅渣中的硅元素，将可把硅渣作为一种肥料，向植物提供水溶性硅。

发明内容

本发明的目的在于考虑解决上述问题而提供一种绿色高效提高工业硅渣中水溶性硅的方法，本发明利用硅渣和无水氯化钙作为原材料，其来源广泛，廉价易得，制备方法简单便捷且绿色环保，能使固体废弃物资源利用，可推广应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种绿色高效提高工业硅渣中水溶性硅的方法，将硅渣与助磨剂混合；然后经高能球磨处理，球磨速度450r/min～600r/min，球磨时间2h～6h，得到高活性的水溶性硅。

优选地，所述助磨剂为钙盐、镁石盐中的一种或两种。

优选地，步骤(1)所述助磨剂与硅渣的质量比为1：4～3:7。

优选地，所述球磨时间为3h～4h。

优选地，步骤(1)高能球磨处理的料球质量比为1:49±4。

本发明采用机械化学法活化工业硅渣制备高活性水溶性硅。其机理主要为在球磨的过程中，硅渣原有的石英无晶化，硅渣原有的有序结构以及晶体的完整性和对称性遭到严重的破坏，Si—O键发生断裂，同时无水氯化钙抑制Si—O—Si或O—Si—O桥键的生成，断裂表面出现不饱和价键和带正负电荷的结构单元，使硅渣活化。活化的硅渣与无水氯化钙发生化学反应并生成新的低结晶度的相，使最终反应产物形成水溶性硅。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点及有益效果：