副产硅渣综合利用途径概述
中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 余丽秀
河南工业大学材料科学与工程学院 孙亚光
现代化学工业快速发展的同时，各种副产渣的排放亦与日俱增，其中各种副产含硅渣占有相当比例。化工、
冶金、电力等行业副产量较大的硅渣品种有磷化工的磷渣、氧化铝工业的赤泥渣、锆化工硅锆渣、硫酸铝和锂盐工
业的活性硅渣、各种硅金属渣及锅炉排放粉煤灰渣等，其成分随生产用原料、处理工艺而波动较大，渣中除硅化物
外，还有CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO、SO3、P2O5和特定的金属氧化物。
副产硅资源中的硅可分为硅酸盐、结晶SiO2、、无定形SiO2。其中，硅酸盐为硅酸钙、硅酸铝、硅酸镁、硅
酸锆等，结晶SiO2为稳定晶体结构的石英、方英石等。硅酸盐、结晶SiO2分解转化温度高、化学性质稳定，需高
温熔融才能转化为其他材料，现主要用做建筑材料；无定形SiO2为非晶态硅，反应活性大，可用于生产附加值较
高的化工产品，如白炭黑、沸石、偏硅酸钠等。
建筑材料
副产硅资源在建筑材料中的应用按产品分为硅酸盐水泥、胶凝材料、新型墙体材料、瓷砖、玻璃基复合材料等，
一般多同其他工业废渣复合搭配处理，利用优劣互补来加强某方面性能。目前可用于建筑材料的副产硅渣品种有赤
泥渣、硫酸铝渣、锂盐渣、硅锰渣、粉煤灰渣等，各种硅渣制成品性能有较大差别。如用硅酸盐熟料、硅锰渣、矸
石渣、石灰石、石膏按质量配比为65:10:15:5:5，经粉磨后得到的复合水泥比掺入矿渣的矿渣水泥成本降低7.05
元/t，28d抗压强度由35.6MPa提高到38.5MPa，水泥磨台时产量提高9.4%。现场使用表明，复合水泥的水化热低，
抗渗性、抗裂性、抗冻性、抗硫酸盐性能均有所提高，可减少或避免大体积混凝土裂缝的生成。这种硅锰渣生产的
复合水泥特别适用于水利水电工程，也适用于桥梁、框架、机场等各种大型建筑。
近年来工业废渣免烧砖在我国发展很快，已成为重要的新型墙体材料之一。利用粉煤灰、河砂、石灰、石膏、
水泥及复合的外加剂，生产出28d强度达到31MPa的工业废渣免烧砖。但各种副产硅渣的化学成分、物质组成、有
害元素在利用时的正副作用都不尽相同，因此利用工业废渣生产免烧砖时，应在分析各种废渣组成之后，根据各自
的作用特性，制定出适宜的配方。
锂渣是重要的硅渣品种，用锂渣取代一部分传统的陶瓷原料制成的釉面内墙砖，可大幅度降低产品成本。以锂
渣配入量按40%、年生产20万m2釉面砖计，每年可以吃掉锂渣1300t，提高经济效益近30万元。
白 炭 黑
制白炭黑用硅渣主要为硅锆渣、硫酸铝渣。硅锆渣是以锆英石为原料，湿法生产氯氧化锆产品而排放的副产硅
渣。我国氯氧化锆生产企业每生产1t成品约副产湿硅锆渣1t，氯氧化锆生产能力已达近10万t/a，硅锆渣的处理
已成为制约氯氧化锆企业发展的关键问题。
湿硅锆渣主要成分为H2O、SiO2、ZrSiO4、ZrOCl2、HCl、NaCl、微量机械杂质及其他金属氧化物等，所含硅
主要为无定形SiO2，并且SiO2在湿样中呈松软团聚的胶凝体，比表面积大、活性高，可基本满足白炭黑生产对原
料的要求。但与由水玻璃为原料制白炭黑工艺路线相比，用硅锆渣路线制白炭黑要处理好渣中杂质的分离问题，否
则对白炭黑性能影响较大。
以硅锆渣为原料采用直接中和法、沉淀法制备的白炭黑质量达不到国家标准，推荐采用离子交换法工艺。其具
体工艺步骤为：硅锆渣→回转式烘干(130℃)→超声破碎→活性锆硅渣→(加水、氯化铵)搅拌→(去杂)硅溶胶→(加
NaOH、絮凝剂、聚乙二醇)阳离子交换→阴离子交换→洗涤、离心分离→水合二氧化硅→煅烧(650℃)→齿式破碎→
白炭黑成品，所得产品达到橡胶用白炭黑的国家标准。
沸 石
硫酸铝在造纸、水处理等行业有着广泛的应用。我国硫酸铝的年耗用量近百万吨，每生产1t硫酸铝要排放0.3～
0.4t硅渣，每年排放大量的硫酸铝渣。目前，这类硅渣主要用于水泥的生产。硫酸铝渣也可用做沸石原料，其渣
中含二氧化硅近60%，综合利用硫酸铝渣中的活性二氧化硅，将其转化为用途较广的沸石产品，也是实现硫酸铝硅
渣资源化利用的方向之一。
沸石是一种不溶于水且呈碱性的硅铝酸钠（钾、钙）晶体，按其内孔径大小可分为3A、4A、5A、13X等许多品
种。其中，4A沸石可用做洗涤助剂STPP（三聚磷酸钠）的替代品。用3A或5A沸石粉制成的分子筛可用作中空玻
璃夹层中干燥剂。
周世贤等将硫酸铝废渣用水洗除去硫酸盐及其他水溶性盐，再与碱反应常压制取硅酸钠，将生产硅酸钠的滤渣
经焙烧后用硫酸浸取制硫酸铝，将制得的硫酸铝与氢氧化钠反应制氢氧化铝，再与氢氧化钠反应制得偏铝酸钠，最
后偏铝酸钠同硅酸钠反应生成具有良好钙交换能力的4A沸石。该工艺研究结果表明，在控制碱度2.1N、过碱量250%、
晶化温度100℃、晶化时间4h、胶化时间2h、胶化温度50℃的条件下，产品钙交换能力达到最佳值288mg CaCO3/g，
达到洗涤剂用4A沸石标准。
偏硅酸钠
偏硅酸钠（Na2SiO3.nH2O，n=0～9），广泛用作陶瓷成型助剂、洗涤助剂、纺织浆料、纸板制造、防火涂料、
石油炼制以及蛋品防腐等，工业上多采用水玻璃与氢氧化钠反应制备。孙亚光等将氯氧化锆生产排放含Na2O、SiO2
的碱性污水澄清控制悬浮物含量≤0.3%，水碱含量Na2O%≥10%、溶液比重≥17Bé（Bé=144.3-(144.3/密度)，下同）；
再将碱性污水中和呈酸性的硅锆渣，经分离、热压溶解、过滤得到高模数的稀水玻璃；稀水玻璃再同澄清后的碱性
污水反应制备五水偏硅酸钠和5lBé水玻璃。
用氯氧化锆副产硅锆渣及碱性污水以溶液结晶法生产五水偏硅酸钠，其技术关键是渣液处理和控制五水偏硅酸
钠结晶体系条件。处理合格的渣液混合液中固体物含量为20%～28%，混合液经浓缩除去过量的水分，当溶液温度
达到110～115℃、固含量达到32%～36%时，冷却至55℃，加入0.1～0.2mm的五水偏硅酸钠晶种和成核助剂，控
制降温速度6～8℃/h,至40～42℃时用离心机分离固体结晶，分离的湿结晶物料经干燥、筛分、包装即为五水偏硅
酸钠成品，分离的液体返回五水偏硅酸钠配料系统循环使用，当滤液中铁及水不溶物含量超过一定浓度时，滤液则
需二次处理，经除杂后再返回五水偏硅酸钠配料系统循环使用。
应注意问题
聚硅酸系列絮凝剂也是化工副产硅渣的主要利用途径。近年来聚硅酸系列絮凝剂的研制、应用十分活跃，它是
在聚硅酸(即活化硅酸)与传统的铝盐、铁盐等絮凝剂反应的基础上发展起来的。目前研究的有聚硅酸硫酸铝、聚硅
酸铁、聚硅酸铝、聚硅酸氯化铁、聚硅酸硫酸铁、碱式硅酸硫酸铝及聚硅酸铝铁等，此类在水处理方面均显示出优
异性能的无机高分子絮凝剂，比常规无机絮凝剂如聚合氯化铝、聚合氯化铁有更好的除浊、脱色能力，具有残留铝
含量低、用量少、投料范围宽、活性好等显著效果，已大量应用于饮用水处理。此外，在高浊水、油田废水、煤矿
废水以及药厂、印染厂废水处理试验中也都取得了较好的试验结果。
随着我国资源综合利用、环境保护力度的加强，近年来副产硅资源利用技术研究日益得到人们的重视，但利用
技术的推广必须注意以下问题。
①副产硅资源的有效综合利用必须有大量应用基础研究做后盾，只有在对资源特性大量试验的基础上，才能开
发出有针对性的产品，满足企业、市场的需要；
②副产硅资源处理技术的实际应用必须首先考虑技术实施后的经济和社会效益；
③对价廉硅资源的利用，只有达到一定的装置规模，经济效益才能体现，这需要解决利用技术工程化过程中的
瓶颈，使更多的综合利用技术早日从实验室中走出来；
④副产硅资源既是资源也是污染源，许多有害元素在加工、处理后在副产物中被富集，成为新的污染源，给进
一步处理增加了难度；
⑤副产硅资源同时也是许多稀有、贵重元素的富集地，如从赤泥中回收钪、稀土元素等，有价值的金属元素在
渣中得到富集，使进一步提取更为经济；
⑥国家应在副产资源技术开发、推广利用上进一步加大投资力度，以促进研究技术的进一步完善，使研究技术
能够尽快被推广利用。