硅锰渣是钢铁冶金工业中典型的工业固体废弃物,每年产量上千万吨,大量堆积易造成土壤和低下水污染。硅锰渣中除Cu、Fe、Mn、Al等金属元素外硅氧化物含量超过40%,湿法浸出具有回收率高、廉价、高效等优点,可回收渣中的硅氧化物得到二氧化硅产品。二氧化硅是一种化学性质稳定的高活性吸附材料,粗孔硅胶常用于脱水干燥,细孔硅胶被广泛使用于吸附分离脱除CO2,工业上采用的变压吸附硅胶价格达到11000元/吨。硅锰渣的资源化提取二氧化硅作为吸附剂的技术推广具有重要意义,应用前景广阔,本文为其提供了一定的理论依据。首先,通过渣系相图确定硅锰渣中各组分的可能存在形式,然后进行热力学分析,浸出过程中所有反应均能自发向右进行;粒径不变的收缩未反应核模型进行动力学分析,确定浸出过程受外扩散控制。溶解度分析表明浸出液分离硫酸钙后得到硅溶胶,其余杂质以可溶性硫酸盐的形式存在。其次,采用盐酸和硫酸对浸出硅锰渣的过程进行探究。在盐酸用量40 m L、液固比7:1、反应时间1 h、反应温度50℃、搅拌速度300 rpm/min,得到的样品中二氧化硅含量98.14%。除硅氧化物以外的杂质均易溶,所以酸用量对二氧化硅含量影响不大,适当升高温度、加大搅拌速度可提高反应速率,有益于浸出二氧化硅。硫酸浸出过程进行L9（3~4）正交试验,在最佳条件为加料方式为硫酸与去离子水混合均匀后缓慢向其中加入硅锰渣、原料粒度40～60目,液固比6:1、反应时间40 min、搅拌速度350 rpm/min、反应温度30℃,酸用量15 m L,浸出的二氧化硅纯度为97.01%。硫酸钙作为固体产物层阻碍反应,需要过量的硫酸和适当的搅拌,反应才能迅速完成,杂质更易浸出。然而过高的酸性环境和温度减少凝胶时间,加大硫酸钙的分离残留,使二氧化硅含量降低。最后,采用静态容量法测定二氧化硅产品和细孔硅胶等商业吸附剂的CO2、N2、CH4的常温吸脱附曲线。结果发现二氧化硅产品对N2和CH4的吸附能力较弱,对CO2吸附量有11.93 m L/g,为细孔硅胶的62.8%,这可能是受到了硅锰渣本身的孔隙结构和硫酸浸出对孔道的作用影响。XRD、XRF、FT-IR结果表明产品的主要成分为无定形态的二氧化硅,其余Mn2+、Al3+、Ca2+等含量需要进一步降低。TG-DTA中的主要失重为吸附水的脱除,但尚未达到细孔硅胶的水准,可能是受到孔结构的影响。SEM观察发现较大二氧化硅颗粒表面附着极小的颗粒,说明了浸出过程的硅酸聚集生长过程中经历了大颗粒的长大和小颗粒的消溶。N2吸-脱附曲线结果表明二氧化硅产品的孔容为0.58 m L/g,平均孔径5.32 nm,比表面积440 m~2/g,微孔数量偏少,大孔分布较为均匀,达到了B型硅胶的相关质量标准。综上所述,本文采用热力学和动力学分析了浸出反应的理论基础,然后分别确定了盐酸和硫酸浸出的最佳条件,基于硫酸浸出得到的样品二氧化硅,作为CO2吸附剂,达到了细孔硅胶62.8%的吸附性能,具有一定的工业应用价值。