經過脫矽操作所分離出的一種白色固體物質，稱為矽渣。因其中含有氧化鋁和鹼，故一般又返回到配製生料時摻進去用。
基本介紹
- 中文名：矽渣
- 外文名：Silicon slag
- 含義：礦物脫矽操作分離出來的白色物質
- 又稱：白泥
- 用途：回爐重新結晶、提純
- 分類：工業矽渣,太陽能矽渣,半導體矽渣
- 套用學科：冶金術語
矽渣分離,矽渣性質,製取白炭黑,其他處理方法,
矽渣分離
在氧化鋁生產中，粗液經過脫矽處理後，溶液含有大量的矽渣與赤泥等雜質，不能直接去過行分解。為了使產品氧化鋁合乎國家所規定的標準，粗液經過脫矽後必須進行澄清分離，製成純淨透明的鋁酸鈉溶液。在處理脫矽後的溶液時，工業上常用葉濾機或壓濾機來進行分離脫矽溶液中的矽渣。矽渣分離工序的任務，就是將由脫矽工序送來的脫矽漿液進行分離，以獲得脫矽於指數、鐵鋁比和浮游物含量合乎工藝要求的鋁酸鈉精液，然後將精液送往碳酸化分解。精液質量的好壞是保證最終產品氧化鋁質量的關鍵。
脫矽後的鋁酸鈉溶液經分料箱進入矽渣沉降槽內，沉降下來的矽渣在底流槽用底流泵抽出去送往矽渣過濾機過濾，沉降槽的溢流去原液槽(溢流槽)用泵送進葉濾機。葉濾下來的矽渣先用溶液沖至矽渣槽內，然後用泵送往矽渣過濾機，葉濾得出的精液進至精液槽，用泵送至分解槽進行分解。矽渣過濾機的濾液返回矽渣沉降槽的原液槽和沉降槽的溢流一起進入葉濾機內，矽渣過濾機濾出的矽渣送往原料工段去配料。其中，脫矽後的漿液之所以在進葉濾機前先送入矽渣沉降槽進行沉降，是為了減輕葉濾機的負荷，使大部分矽渣在沉降槽內和溶液分開，而只把溢流出來的溶液送到葉濾機去進行葉濾。這樣可減少葉濾機的負荷，從而減少了葉濾機的台數。
矽渣性質
矽渣是鋯英砂經鹼熔、酸浸、水溶後得到的含水混合體，是含水量很高的膠體聚合物，外觀為淺黃綠色，呈海綿狀，吸附性強，結構複雜。主要成分是矽酸(
)和水，水浸後呈酸性，pH<1，固含量在20%左右。由於生產過程中發生的化學反應，矽渣中還有偏矽酸(
)以及正矽酸(
)、二偏矽酸(
)和三正矽酸(
)(
)等矽酸系產物，以及矽酸鈉(
)、未反應的鋯砂(
)和氧氯化鋯(
)，其結構尚不明確。受間斷性鹼熔操作和鋯英砂粒度組成不同及鋯砂分解率不同的影響，其中
和
的含量波動範圍很大。其一般成分如右圖所示。
製取白炭黑
白炭黑的性質和用途
白炭黑，又稱水合二氧化矽，為蓬鬆的白色粉末，化學式
，含
90%以上，比表面積
。白炭黑具有耐高溫、不燃燒，顆粒比表面積和孔隙度大，無臭無味，電絕緣性和表面活性高等特點，溶於水和氫氟酸，而不溶於其他酸類和溶劑。在橡膠、塑膠、農藥、油漆、製藥、造紙、陶瓷和日用化學品等領域有廣泛用途，沉澱白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作矽質橡膠補強劑、塗料和不飽和樹脂的增稠劑。超細
凝膠和氣凝膠則主要用作塗料消光劑、增稠劑和塑膠薄膜的開口劑等。白炭黑曾被列為國家重點產業發展項目，國內已能規模化生產，年產能達40萬噸以上。福建、山東、江西、江蘇等十幾個省市都有萬噸級生產廠家。工業白炭黑分為兩大類，分別稱為氣相二氧化矽和沉澱水合二氧化矽。氣相二氧化矽對產品的質量，特別是
，的含量要求很高。兩者的技術指標如右圖所示。用鋯矽渣生產的白炭黑，受技術條件等因素限制，一般僅能達到沉澱水合二氧化矽的要求。
白炭黑的生產方法簡介
工業上將白炭黑的生產方法分為兩大類，即：(1)熱解法(乾法)；(2)沉澱法(濕法)。
熱解法包括兩種方法：
(1)氣相法。此法是將氣態
和氫、空氣的混合體在1100一1800℃時反應，使
水解為氣態
和
，反應為：
(2)電弧法。此法的原理和生產電熔脫矽
的一些原理相似。以石英砂為原料，用焦炭做還原劑，在高於2000℃的溫度下，
被還原成氣態
逸出，驟冷後在空氣中氧化成無定形超細
，國外曾採用過此法。
沉澱法包括酸沉澱法、CO，沉澱法、水熱法、溶膠法等。其中硫酸沉澱法(一步法)已成為當今生產白炭黑的傳統方法。此法的原理是基於硫酸與矽酸鈉反應，在
含量為
和酸化溫度為95—97℃時生成凝膠。
採用濃酸法的SiO，回收率可達95%以上。得到的白炭黑為親水性，將其進行表面處理即可獲得疏水的白炭黑產品。
用氧氯化鋯生產中產生的含鋯矽渣製取白炭黑
在氧氯化鋯生產中，鋯的總回收率一般都低於95%，而鋯砂在氧氯化鋯成本構成中的比例占到50%以上，首先要回收矽渣中的鋯以提高鋯的總回收率，降低產品成本，是生產中的重要環節。因此，處理含鋯矽渣的第一步是回收鋯。
(一)從含鋯矽渣中回收鋯
矽渣中鋯存在的形態主要是ZrOCl：和ZrSiO。，前者是在酸溶後殘留於渣中，後者是鹼熔時反應不完全的未分解料進入矽渣。根據鋯在矽渣中的形態，回收鋯的步驟如下：
(1)將氧氯化鋯生產中酸化工序的料液進行攪拌，加人冷凝酸漂洗液，稀釋攪拌，壓濾，分離得到酸性矽渣和氧氯化鋯母液，氧氯化鋯母液經濃縮結晶，生產成品氧氯化鋯；酸性矽渣用0.5～3mol/L的鹽酸進行一次漂洗、壓濾，得到一次矽渣和一次矽渣洗液，一次矽渣洗液收回使用，以代替部分冷凝酸漂洗液。
(2)一次矽渣再用0.5～3mot/L的鹽酸進行二次漂洗、壓濾，分離得到二次矽渣和二次矽渣洗液，二次矽渣洗液回收代替鹽酸對矽渣進行一次漂洗，或用到生產氧氯化鋯的水洗轉型工序中，用以調節水洗料pH值，達到循環使用。
(3)二次矽渣加鹼液中和，調pH值至7，沉降，未反應的鋯英砂在底部沉積而與矽渣分離，經烘乾後返回鹼熔，經處理的中性矽渣中含鋯小於1%。上層矽渣漿液經壓濾，得中性矽渣。工藝流程如右圖所示。
(二)矽渣製取白炭黑
用氧氯化鋯的廢矽渣生產製取白炭黑的方法主要有兩種，鹼法(晶種法)和中和法。
(1)鹼法
鹼法採用的原料是矽渣和含鹼矽酸鈉溶液，矽渣含 
7.4%，含 
1.3%。含鹼矽酸鈉溶液成分和製取白炭黑的工藝流程如右圖所示。
操作要點為：將矽渣水浸除雜後的酸性矽溶膠作為晶種，再加入廢鹼液或矽酸鈉進行反應，即可獲得無定形水合 
。其中溶液酸度pH8，陳化溫度80℃，過濾後濾餅烘乾溫度120℃，經粉碎即可得到白炭黑。
(2)中和法
中和法的工藝流程如右圖所示。
中和法的操作要點為：將矽渣水洗除雜，加入分散劑溶液洗滌分離，再加入pH值為12的NaOH稀溶液至濾液呈中性，在50℃時與NaOH反應，pH值為8時保溫陳化、過濾。在此基礎上將工藝作了改進，中和洗滌時的渣：水：水液的質量比為1：2：3，一次中和液pH值為12，二次中和液pH值為9。此條件下可提高產品質量，達到GB 1057_89標準。
其他處理方法
矽渣除可以用作製取白炭黑外，經處理後還可以用作建材水泥輔料或製作普通耐火磚。
下面介紹了一種用矽渣製取建材水泥輔料的方法。該法使用已回收鋯的酸性矽渣，含水量80%左右、HCI含量2%～3%，先將其用生產中含NaOH 10%左右的廢鹼水中和，pH值達6，再配以適量鹼熔時產生的煤灰並用廢酸中和鈣渣，經壓濾脫水乾燥即可獲得中性鈣矽渣，產品可用於公路建設和牆體用磚等。工藝流程如右圖所示。
下面再介紹了一種矽渣處理方法，此法是利用鋯砂高溫燒結和氧氯化鋯煅燒的煙氣餘熱為熱源，將矽渣送人乾燥爐中，使矽渣中的水脫去，乾矽渣可用作耐火材料和色釉料的原料。此法可充分利用生產餘熱，方法簡便。此外，矽渣可以和廢鹼液製取水玻璃。
