从红土酸浸渣到高值资源：硅资源的高效回收与白炭黑制备新工艺

为解决红土酸浸渣中硅资源浪费和环境污染问题，研究人员开发了一种基于碱浸-分级碳化的创新工艺，实现了硅的选择性提取（效率达92.71%）和高纯度白炭黑（SiO2·nH2O）制备。该技术通过CO2调控pH实现杂质高效去除（Fe/Al去除率>97%），产物符合工业标准，为冶金固废高值化利用提供了新范式。

　　

在全球镍钴资源战略地位日益凸显的背景下，红土矿作为主要冶炼原料（占全球镍产量的70%），其加工过程产生大量富含硅的酸浸渣。传统处理方式以堆存为主，不仅占用土地，更造成硅资源浪费——这些渣中SiO₂含量高达35%以上，却长期被视为"固体废物"。更棘手的是，红土矿类型差异导致渣成分复杂：腐泥土型红土矿酸浸渣中硅主要以无定形SiO₂和残余蛇纹石形式存在，现有制备硅基复合材料的方法存在耗碱量大、废水难处理等瓶颈。如何实现这类硅资源的高效回收，成为制约冶金行业绿色发展的关键难题。

北京科技大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，提出"碱浸-分级碳化"的创新技术路线。通过云南腐泥土型红土矿酸浸渣（HNO₃浸出获得）的多尺度表征，首次明确其中硅的赋存形态以无定形SiO₂为主（含少量残余蛇纹石）。热力学计算指导下的碱浸实验表明，在优化条件下可实现硅的选择性溶出（92.71%），而含铁相和蛇纹石保持稳定。突破性的是采用CO₂作为绿色调控剂：首次碳化（pH=11.25）选择性去除99.03%铁和97.83%铝；二次碳化（80°C，pH=9.75）促使96%以上硅以无定形水合SiO₂形式沉淀。产物的介孔结构和物化性能完全达到工业白炭黑标准，实现了从"固废"到每吨价值数千元功能性材料的跨越。

关键技术包括：（1）多尺度表征（XRD/SEM-EDS）解析酸浸渣组分；（2）热力学模拟指导碱浸参数优化；（3）CO₂分级碳化精准控制沉淀序列；（4）产物性能对标工业标准。

材料表征 揭示酸浸过程使原矿中蛇纹石（Mg₃Si₂O₅(OH)₄）结构破坏，转化为无定形SiO₂（占比超80%），为碱浸提硅奠定基础。

热力学分析 证明碱性介质中SiO₂溶解遵循[SiO₂+2OH^-→SiO₃^2-+H₂O]路径，而Fe₃O₄在pH<13时稳定存在。

碱浸实验 确定最佳条件为：NaOH浓度4mol/L、90°C、液固比5mL/g，此时硅/铝/铁浸出率分别为92.71%/44.87%/0.72%，实现硅的选择性提取。

分级碳化 首次通过CO₂将pH降至11.25，使Fe/Al以氢氧化物形式优先沉淀；二次碳化在80°C、pH=9.75时，硅以[Na₂SiO₃+CO₂+H₂O→SiO₂·nH₂O+Na₂CO₃]路径转化，产物比表面积达258m²/g。

该研究开创了红土矿酸浸渣高值化利用的新范式：相较于传统水热法，CO₂碳化工艺降低试剂成本40%以上，母液可循环使用；制备的白炭黑（WCB）可用于橡胶补强、药物载体等领域。研究团队特别指出，该技术对成分波动的工业渣具有强适应性，已与企业合作推进万吨级示范工程。这项工作不仅解决了镍钴冶炼行业的固废处置难题，更开创了"以废治废"的新模式——利用冶金过程产生的CO₂实现资源回收，对推动循环经济发展具有示范意义。