托贝莫莱特（Tobermorite）合成过程的动力学研究：旨在回收具有致癌性的可吸入结晶二氧化硅（RCS）

《ACS Omega》：Kinetic Investigation of Tobermorite Synthesis for the Recovery of Carcinogenic Respirable Crystalline Silica (RCS)

石英岩碎屑中的呼吸性结晶二氧化硅通过水热反应转化为托贝莫里，采用KRY·AS和CaO作为钙源，分析不同温度（120-140°C）和时间下的结晶动力学及产物相组成，发现140°C时托贝莫里产量达48%且石英完全消耗，副产物碳酸钙证实了过程可行性。

　　本文探讨了一种将含有呼吸性结晶二氧化硅（RCS）的废料转化为代替代硅酸盐托贝莫来石（tobermorite）的新方法，旨在解决职业健康和环境问题，同时实现资源的再利用。该研究聚焦于利用来自石英岩加工的石英粉尘（QD）作为二氧化硅来源，通过温和的水热条件进行合成。QD通常由岩石切割作业产生，每年产量巨大，且其中含有大量细小的二氧化硅颗粒，可能对健康造成威胁。因此，将这些危险废料转化为具有应用价值的材料成为研究的重点。

为了实现这一目标，研究中引入了两种钙源材料：一种是来自水泥石棉热钝化处理的KRY·AS，另一种是纯CaO。KRY·AS由于其高钙含量和有限的化学成分变化，已被证明是合成托贝莫来石的有效钙源。此外，研究还加入了一种富含菲利普石（phillipsite）的沸石化凝灰岩（ZT）作为催化剂，以促进反应的进行。通过系统地调整合成条件，包括温度、反应时间和钙硅比，研究者对托贝莫来石的结晶动力学进行了深入分析，并探讨了不同反应路径对最终产物的影响。

研究结果显示，石英的溶解是托贝莫来石形成的主要来源。该过程遵循一级动力学规律，表明反应速率与反应物浓度呈线性关系。通过对不同温度下的反应数据进行分析，研究发现使用KRY·AS作为钙源时，反应路径更为复杂，可能存在竞争反应，如katoite和非晶态钙硅酸盐水合物（CSH）的共存。相比之下，使用CaO作为钙源时，反应路径更为直接，促进了石英向托贝莫来石的更高效转化。在140 °C条件下，托贝莫来石的产率达到了接近48 wt %的水平，表明这是最适宜的合成温度。

此外，研究还观察到在合成过程中，碳酸盐相的形成，这不仅有助于废料的再利用，还可能带来额外的二氧化碳（CO?）封存效益。这一发现为未来研究提供了新的方向，即在处理RCS的同时，实现碳捕集和储存。通过热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DTA），研究者验证了托贝莫来石的稳定性以及碳酸盐的大量形成，进一步支持了该合成路径的可行性。

扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析也证实了石英在合成过程中被完全消耗，没有残留的二氧化硅颗粒，表明该过程符合“废弃物终点”（end-of-waste）标准。这为工业界提供了一种低能耗、高效率的废弃物处理和资源回收方法，有助于推动循环经济的发展。

综上所述，该研究不仅提供了一种将RCS转化为安全材料的方法，还揭示了反应条件对产物形成和稳定性的影响。通过优化合成参数，研究者成功地实现了废料的高效转化，同时兼顾了环境和健康效益。未来的研究可以进一步探索这一方法在工业规模上的应用潜力，以及其在不同材料组合和反应条件下的适应性。这一成果为处理高风险废弃物提供了新的思路，同时也为开发功能性材料和碳捕集技术打开了新的大门。