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1、铁钢渣萃取活性硅化肥的试验研究铁钢渣萃取活性硅化肥的试验研究作为钢铁冶炼的“废物”，铁钢渣的数量及处理已成为环境问题。现在，工业废弃物包括炉渣的削减和循环利用引起了社会的极大关注。虽然铁钢渣已广泛用于建筑及城市基础工程，但用于农业领域的报道却很少见。铁钢渣由于含有许多对农作物有益的元素如硅、镁及铝，因而极可能成为植物养分的来源。特别是这类渣中含有大量硅，而硅是水稻、甘蔗、木薯及谷物所需的重要微量营养元素。将铁钢渣用于农作物，不仅有利于农作物生长，而且也能提高农作物抵抗病虫害的免疫力。在稻田使用铁钢渣的许多研究称，用这类渣可使水稻增产。砂石、土壤及矿物里也含有大量硅，但这些硅都是非活性二氧化硅。
2、基本上，植物只吸收活性硅，而且是从土壤溶液中吸收硅，量很少。二氧化硅自然转化成活性硅被植物吸收需经过很长时间（1 年）。本研究通过对铁钢渣的加酸水解，调查了活性硅的可萃性。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR FT-IR）、电感耦合等离子光学放射光谱测定法（ICP-OES）及 X-射线荧光光谱测定法（XRF）对从渣中萃取的活性硅进行了验证。1、背景、背景炉渣按冶炼工艺进行分类。高炉炼铁生成的炉渣称为“铁渣”，而顶吹氧气转炉及电炉炼钢生成的炉渣称为“钢渣”。通常生产 1t 铁产生 300kg 铁渣，生产 1t 钢产生 80-100kg 钢渣。铁渣及钢渣均含有硅酸盐，即硅酸钙、硅酸铝、硅酸镁以
3、及其他各种化合物。因铁渣及钢渣物理及化学性质不同，因而用途也不同。铁渣及钢渣中的矿物成分如 SiO2、CaO、MgO、Mn 及其他微量养分能影响植物的生长。植物所能吸收的活性硅称为“原硅酸”，只含 1个硅原子，其分子式为 H4SiO4。2、研究结论、研究结论2.1、铁渣及钢渣成分本研究所用铁渣及钢渣样品取自泰国春武里（chonburi）的钢铁厂。钢渣是电炉炼钢炉渣。两种渣的成分如表 1 所示。渣的主要成分是 CaO、SiO2及 Fe2O3，可用作植物养分的硅含量相当多，铁渣与钢渣的主要区别是铁含量不同。铁渣中 Fe2O3约为 50%，而钢渣中为 26%。表 1：铁渣与钢渣成分成分，重量%铁渣钢
4、渣Na2O0.040.19MgO4.45.3Al2O33.77.7SiO21024P2O50.570.22K2O0.010.45CaO2229TiO20.550.76Cr2O31.11.9MnO4.83.7Fe2O350262.2 活性硅的特性众所周知，铁渣及钢渣中的硅是非活性的二氧化硅，是不可溶解的。而活性硅是通过铁钢渣的加酸水解萃取的。活性硅的特性可通过与未处理的炉渣及工业原硅酸的对比来鉴定。活性硅及原始炉渣的红外光谱主要处于 3700-3000cm-1及 1700-850cm-1两个频率范围。3700-3000cm-1的宽带与约 1640cm-1处的锐线分别代表 H2O 中 O-H 的延
5、伸及弯曲振动。在 1550-1350cm-1及 1280-800cm-1低频范围显现出不同的光谱特征，这两个低频范围分别对应于 C-O 及 Si-O 的吸收带。在加酸处理前的铁渣及钢渣光谱中可以观察到 1450cm-1处 CO32-中 C-O 的延伸振动带。在进行加酸水解后，此振动带消失。在铁渣光谱上，可观察到在 1130cm-1处 SiO2中 Si-O 的尖锐线，而此锐线与钢渣光谱上 1000cm-1处 Ca-O 的尖锐线有小部分重叠。用 H4ClO4+HCl 及 H2SO4分别对铁渣进行水解后，Si-O 的峰频分别转移到低频 1090cm-1及 1064cm-1处，后者更符合工业原硅酸的光
6、谱。Si-O 峰频的这种转移是因硅成分从非活性到活性的化学转化所致。984cm-1频带对应于 Si-O-H 的延伸振动，表明工业原硅酸有此频带，铁渣用 H2SO4处理后光谱上也有此频带，但用混合酸处理后并无此光谱频带。这可能是因为混合酸萃取的活性硅是聚合形态硅的缘故。同样，钢渣经用 H2SO4水解处理后，Si-O 的吸收频带也会转移到高频 1060cm-1。这与工业原硅酸的频带演变是一致的。此外，在处理过的钢渣光谱上观察到 910cm-1附近的频带是一个尖锐线，而在处理过的铁渣光谱上则是一个小宽带。此频带可认定是 Si-O-Al 及 Si-O-Mg 段的振动带。基于这些光谱频带特征可以证明，用
7、 H2SO4对铁渣及钢渣进行水解有助于从中萃取活性硅，然而这种活性硅酸体系还含有 Al 和 Mg。2.3、活性硅的溶解度采用 ICP-OES 法测定了从铁渣及钢渣中萃取的活性硅的溶解度，并与未处理炉渣及工业原硅酸的溶解度进行了对比，所得结果如表 2 所示。未用酸处理的铁渣及钢渣中的硅难溶于 H2O，而工业原硅酸中的硅却易溶于 H2O，在含硅 7.4%的工业原硅酸产品中可溶解 5.4%的硅。铁渣中原始硅含量为 14%，从中可萃取 5.6%的硅（萃取率为 40%）；钢渣中原始硅含量为 11%，可萃取的硅量为 3%（萃取率为 27%）。为提高可溶性二氧化硅的可萃性，需进一步优化加酸水解的处理条件。测
8、定了活性硅的成分，并与工业原硅酸的成分进行了对比，如表 3 所示。在萃取过程当中，除能获得活性硅外，还能得到其他一些元素，例如 4.4%的铝及 2.8%的镁以及少量的钠、钾、钙、锰及铁等。这些元素都是农作物所需的微量养分，活性硅的工业产品中也含有这些元素，只是含量有所不同。表 2：铁渣及钢渣萃取所得活性硅及原硅酸的溶解度（ICP-OES 法测定结果）可溶性活性硅，重量%铁渣钢渣工业原硅酸不作处理14117.4H2SO45.63 H2O0.030.015.4表 3：铁渣经 H2SO4处理前后的成分及工业原硅酸的成分（XRF 法测定结果）铁渣加酸水解后的铁渣工业原硅酸F0.580.2726Na0.190.178Mg3.732.8210Al7.674.380.03Si13.786.687.41S0.7917.4911Cl0.02 0.04K0.80.460.02Ca22.850.50.03Ti0.270.14-Mn0.20.114.89Fe0.710.340.56
