《Journal of Cleaner Production》：Novel and efficient removal of impurities from spent silicon contact mass via an in situ copper-catalyzed leaching process
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•首次提出了一种自催化策略，用于高效去除废硅接触料（SCM）中的杂质。•充分利用内在铜作为原位催化剂，以增强深度浸出。•揭示了阶段依赖的动力学和活化能。•在低酸条件下实现了 99.76% 的高纯度硅。引言有机硅材料凭借其卓越的理化性质，对现代工业不可或缺（Sarai et a
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首次提出了一种自催化策略，用于高效去除废硅接触料（SCM）中的杂质。
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充分利用内在铜作为原位催化剂，以增强深度浸出。
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揭示了阶段依赖的动力学和活化能。
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在低酸条件下实现了 99.76% 的高纯度硅。
引言
有机硅材料凭借其卓越的理化性质，对现代工业不可或缺（Sarai et al., 2024; Vu et al., 2025）。作为有机硅生产的主要原料，甲基氯硅烷（MCSs）需求不断增长，推动了有机硅产业的持续扩张（Sun et al., 2024）。甲基氯硅烷主要通过罗肖直接合成法生产，该方法自 1940 年代开发以来一直是主要的工业路线（Svenum et al., 2025）。在运行过程中，沉积物在活性位点上的积聚导致催化剂失活，从而产生从流化床反应器排放的残余固体废物。这种废物通常被称为废硅接触料（SCM）（Xu et al., 2024）。SCM 主要由硅、铜基催化剂、金属杂质和沉积碳组成（Liu et al., 2018）。随着全球有机硅年产量超过 500 万吨，每年产生超过 20 万吨的 SCM（Zhao et al., 2022）。由于其重金属含量高，SCM 被归类为第 I 类危险废物。不当处置不仅会带来严重的环境和安全风险，还会导致有价值资源的损失（Papanikola et al., 2021）。因此，从 SCM 中高效回收有价值成分对于资源节约、环境保护以及有机硅产业的可持续发展至关重要（Chen et al., 2025）。
鉴于铜含量高且经济价值大，铜一直是 SCM 回收研究的重点（Zhang et al., 2023; Guo et al., 2023）。湿法冶金通常被认为是一种高效、操作简便且成本效益高的提取方法（Meng et al., 2026）。传统湿法冶金工艺通常包括氧化酸浸、铁置换和电解精炼。这些方法对于溶解游离金属铜非常有效。现有文献（Chen et al., 2025）利用响应面法优化了铜浸出，并通过密度泛函理论计算验证了结果。为了减轻设备腐蚀，也提出了基于氨的碱性浸出体系用于铜提取；然而，这些方法通常受限于工艺复杂、设备要求严格以及浸出效率相对较低（Kurin-Cs?rgei et al., 2024; Ma et al., 2026）。大多数现有研究专注于从 SCM 中回收铜。然而，这些工艺通常依赖大量浓氧化剂和酸性试剂，这提出了严格的设备要求，加速了设备腐蚀，并增加了运营成本（Cao et al., 2025）。鉴于硅是 SCM 的主要成分，其回收也引起了相当大的兴趣。现有文献（Shan et al., 2026）通过高温合金化从 SCM 制备了铜硅相变储能合金；然而，该过程需要在 1500 °C 下长时间加热并进行铝封装，导致能耗高和操作复杂，限制了其实际应用。相比之下，相对较少关注硅的纯化。一个主要原因是回收的硅通常含有大量铁杂质，导致纯度不足，无法直接利用，需要进一步纯化（Cao et al., 2024）。大多数人并未注意到化学刻蚀在浸出过程中的辅助催化作用。现有研究对 SCM 除铁的关注有限，通常除铁效率令人不满意。这主要归因于杂质在硅基质中的分布：铁不仅含量相对较高，而且深深嵌入硅颗粒中，使其去除特别困难（Lu et al., 2026）。因此，从 SCM 中高效除铁仍然是一个很大程度上未探索但至关重要的研究课题。
因此，开发高效的除铁方法对于 SCM 的高值化利用至关重要。在此，我们开发了一种简单高效的原位铜催化浸出策略，其中硅刻蚀产生多孔结构，促进深埋杂质的溶解。结果，硅纯度和铁浸出率分别达到 99.76% 和 99.33%。动力学分析表明，铁溶解遵循均相反应模型，阐明了杂质去除过程的机制特性。该策略结合了低能耗、低酸耗和高回收率的综合优势。它为有机硅行业中的危险废物资源化利用和资源高效杂质去除提供了一条可持续途径，有助于清洁生产和资源循环利用。
章节摘要
原材料
废硅接触料购自中国一家商业有机硅单体生产商。所接收材料的粒径分布为 1–100 μm。使用前，通过球磨使材料成分均匀化，随后通过水洗和烘箱干燥进行预处理。实验中使用试剂包括过氧化氢、盐酸、氢氟酸和硝酸，均为分析纯。
处理与表征
预处理 SCM 的整体杂质去除过程如图 1 所示。首先通过低温焙烧去除沉积碳，获得脱碳 SCM。然后进行初步铜提取，产生含铜溶液和贫铜 SCM。随后，采用原位铜化学刻蚀 - 催化浸出过程进一步去除 SCM 中的杂质。最后去除残余铜，得到高纯硅。
为了阐明
结论
总之，本研究开发了一种新颖且高效的原位铜催化浸出过程，用于去除废硅接触料（SCM）中的杂质。进行了全面表征以阐明 SCM 中主要元素的组成和赋存状态。在优化的铜催化浸出条件下，铁、铝和钙的浸出率分别达到 99.33%、97.54% 和 99.59%，而回收硅的纯度和铜回收效率
CRediT 作者贡献声明
Yi Li: 撰写 – 原稿，研究。 Fengshuo Xi: 撰写 – 审查与编辑，资金获取，概念设计。 Xiuhua Chen: 方法论。 Jijun Lu: 研究。 Wenhui Ma: 资源，资金获取。 Jie Yu: 监督。 Shaoyuan Li: 资源，监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了云南省重大科技项目（编号： 202402AF080005）、云南兴滇人才支持计划（XDYC-QNRC-2022-0596）以及中国教育部高等学校创新团队计划（编号： IRT_17R48）的资金支持。
Yi Li|Fengshuo Xi|Xiuhua Chen|Jijun Lu|Wenhui Ma|Jie Yu|Shaoyuan Li
