CN102187402A

CN102187402A - 含有重金属的液体废物的处理

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Publication number: CN102187402A
Application number: CN2009801414270A
Authority: CN
Inventors: 马可·比利诺
Original assignee: ORION Tech ANSTALT
Current assignee: Ko West Co ltd; Olian Technology Co
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: KR20110082565A; ATE489710T1; CN102187402B; DE602008003693D1; JP2012505677A; CA2740690C; JP6223658B2; ES2356865T3; JP2016127924A; CA2740690A1; KR101750569B1; WO2010043698A2; PL2178093T3; EP2178093B1; EP2178093A1; SI2178093T1; WO2010043698A3

Abstract

本发明是关于一种用于处理含有重金属的废物的溶胶-凝胶方法，该方法使将这样的离子固定于稳定制品中而不产生所述金属的自发释放成为可能。

Description

含有重金属的液体废物的处理

本发明是关于一种用于处理含有重金属的废物的方法。

虽然“重金属”并非一个准确的定义，但在本说明书和所附权利要求中其将用于大体上包括包含第一过渡系的金属和比它们重的所有金属；除此定义之外，如本文所用的，其还意图包括以元素形式、或以离子、盐或络合物形式存在的所述金属。

已知许多金属，尤其是重金属，是危害环境的。此外，当在环境中游离存在时，这些金属可被植物结合并从而进入动物或人类的食物链，因此对动物或人类的健康造成严重的问题。举例而言，已知铬离子(尤其是六价铬离子，Cr(VI))是致癌的；铅离子能够损伤神经连接并导致血液和脑疾患；汞已被公认为是震颤、受损的认知技能和睡眠障碍的原因；以及较重的金属可能是放射性的，导致了一般由于由这些金属所发出的强电离辐射引起的遗传密码的修改或对细胞分裂过程的干扰造成的大量疾病。

然而，在许多工业过程或民用应用中这些金属的使用是必需的。例如，铬用于不锈钢的生产、用于镀铬、用于鞣革或用于染料和颜料的生产；铅用于铅酸电池中和用于陶瓷釉或铅玻璃的生产中；汞广泛用于荧光灯中；并且放射性金属是用于生产电能的核电站的运转所必需的。产生废物的工业过程或民用应用在以下的描述和所附权利要求中将被称为废物产生活动。

所例举的活动中的大多数产生呈灰、浆、泥或含金属离子的溶液或分散体的形式的废物，其必须以安全的方式被处置。在池、开放区域或罐中长期贮存并不容易，因为其需要大面积或容积，尤其在稀释的溶液的情况下，比如由洗涤工序产生的那些稀释的溶液。对于这些问题的描述，假定特别是关于来自核电站的废物的处置的问题，则可参考文章“Nuclear Fuel Recycling：More Trouble Than It′s Worth(核燃料再循环：弊大于利)”，Frank N.von Hippel，Scientific American，2008年4月。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于处理含有重金属的废物的方法，该方法使将这样的金属固定在具有长期稳定性的固体制品中而不产生所述金属的自发释放成为可能。

通过本发明利用溶胶-凝胶方法实现了此目的和其它目的，所述溶胶-凝胶方法包括以下步骤：

-获得含有至少一种重金属的溶液或分散体；

-通过向所述溶液或分散体中添加一定量的硅粉而形成溶胶，所述一定量使得溶胶中二氧化硅的含量构成在按重量计10％和90％之间，控制溶胶的pH不高于4；

-向所述溶胶中添加以获得高于6的二氧化硅：烷氧基硅烷的摩尔比率的量的至少一种烷氧基硅烷；

-将溶胶的pH升高至4以上的值；

-将溶胶倒入模具中；

-允许所述溶胶凝胶化，从而获得水凝胶；

-干燥水凝胶，从而获得干燥的凝胶；和

-烧结该干燥的凝胶，从而获得玻璃质二氧化硅产物，其特征在于，所述含有至少一种重金属的溶液或分散体是来自废物产生活动的废物。

溶胶-凝胶技术是众所周知的，且现有技术中已描述了溶胶-凝胶方法的许多变化形式和具体实施方案。用于生产混合氧化物玻璃或陶瓷的溶胶-凝胶方法也是众所周知的，该方法一般基于含有其它金属离子的二氧化硅基质，主要用于机械、光学或电光学领域。然而，已知的溶胶-凝胶方法一般是针对预期用于专门用途的玻璃或陶瓷组合物的生产，因此需要所得产物的特殊的和良好控制的化学-物理特性(例如，在用于光学应用的光谱的清楚界定的区域中的良好透明度)；这又对工艺参数强加了清楚界定的约束，特别是关于起始溶液或溶胶的确切配方；因此，用于现有技术工艺中的与硅不同的金属的溶液需要按照精心设计的方案来制备和使用。

相反地，本发明的目的并不是获得具有除了保留重金属的性能之外的界定的特性的产物；因此，在本发明的情况下，最终产物的性质并不重要，只要所述产物呈固体或块的形式，能够保留重金属并在其表面显示出尽可能低的且优选地是零的重金属浸出。

本发明的方法的第一步骤是获得含有至少一种重金属的溶液或分散体。如本文关于重金属的溶液或分散体所用的，“获得”可以是指正当所述溶液或分散体来自给定的液体废物产生活动时接收液体废物(例如，作为在核电站进行的能源生产过程的副产物的含有痕量的铀和钚的溶液)。可选地，当实际废物由所述活动产生时，“获得”可包括某种程度的实际废物的制备或预处理。当液体废物呈灰、浆或泥的形式时可能是这种情况，该液体废物在用于本发明的方法之前可能需要被润湿或稀释；或，相反地，在太稀释的液体废物的情况下，“获得”可意指在用于本发明的方法之前的预浓缩的操作，以减小所涉及的液体的体积并从而减小设备的尺寸。

在液体废物的情况下，原则上其溶剂可以是任何溶剂。其可以是水、有机溶剂比如醇或酮、或水和其它溶剂的混合物。当溶剂不只是水时，使用废物之前必须评估与具体溶剂在经历本方法的下一个步骤时相关的风险；例如，醚在空气的存在下经受加热可能是危险的。这种预先评估所需的知识和能力是化学工程师的正常背景，因为在化学文献中可获得几乎任何溶剂在宽范围的温度或压力条件下的安全数据、或它们与其它化学品的相容性。水是用于产生液体废物的活动的最常用的溶剂；它还是被添加到呈灰、浆或泥的形式的废物中的优选的溶剂；因此，以下的描述将关于基于水的溶液或分散体来进行，但本发明还对基于不同溶剂的溶液或分散体具有普遍适用性。

本方法的第二步骤是通过向所述溶液或分散体添加硅粉来形成溶胶。二氧化硅可以是具有100μm以下的粒径的任何形式的硅粉；优选地，所述硅粉具有10μm以下的粒径，且还更优选地5μm以下的粒径。优选的类型的二氧化硅为热解硅石，也就是，通过SiCl₄与氧气的燃烧获得的高度分散形式的二氧化硅；热解硅石由，例如DegussaAG以名称AerosilEG50销售。将一定量的二氧化硅添加到起始溶液或分散体中，所述一定量使得在所得溶胶中二氧化硅的含量构成在按重量计10％和90％之间；优选地，所述含量为在按重量计30％和65％之间，且还更优选地在按重量计50％和60％之间。向起始溶液或分散体中添加二氧化硅一般在机械搅拌下进行，例如利用Ultra-Turrax

类型的混合器或相似的装置。

在添加二氧化硅以形成所述溶胶的过程中，必须控制系统的pH以确保pH不超过4。优选地，在此阶段pH在1.5至3，更优选地在2至2.5的范围内。必需的酸度可早已由起始废物的特性赋予系统；例如，来自核电站的液体废物通常具有大约1.5的pH值。否则，溶胶的酸度可通过添加酸来控制，尤其是无机酸，例如盐酸、磷酸、硫酸或类似的酸，或有机酸，例如，乙酸。

然后向溶胶中添加以获得高于6的二氧化硅：烷氧基硅烷的摩尔比率的量的至少一种烷氧基硅烷。如果所述比率低于6，则后来在本方法的过程中所获得的水凝胶可能在机械上强度不足以经受干燥而不破裂成小块；如以下所更加详细解释的，考虑到所需的重金属保留的性质，这将是不希望的。所述比率优选地低于30，因为更高的值涉及二氧化硅的高消耗，而不产生实际益处。

优选地，所述烷氧基硅烷是四烷氧基硅烷，其中每个烷氧基具有1至6个碳原子，优选地1至4个碳原子。更优选地，四烷氧基硅烷选自：四乙氧基硅烷(TEOS)、四甲氧基硅烷(TMOS)、甲氧基三乙氧基硅烷(MTEOS)。对于具体的应用来说，优选的为四乙氧基硅烷(TEOS)。根据一个优选的实施方案，添加的烷氧基硅烷的量为使水与烷氧基硅烷的摩尔比率在40和200之间，优选地在50和160之间，更优选地在60和120之间。优选地，在搅拌下进行烷氧基硅烷的添加(或稍后搅拌)，以改进分散体的均匀性。

添加烷氧基硅烷后，优选地将溶胶的温度升高至在30℃和50℃之间的值，持续在6小时和18小时之间变化的时间。然后将溶胶的pH升高到通常在4和6之间，优选地在4.7和5.2之间的值。pH的这种变化可通过，例如，添加水溶性的无机碱性化合物或水溶性的有机碱性化合物，例如氢氧化铵或胺，特别是环己胺来实现。

可选地，氨基烷基-烷氧基硅烷可用作碱性化合物。适宜的化合物的例子是：3-氨基丙基-三甲氧基硅烷、3-氨基丙基-三乙氧基硅烷、2-氨基乙基-3-氨基丙基-二甲氧基硅烷、2-氨基乙基-3-氨基丙基-二乙氧基硅烷、[3-(2-氨基乙基)氨基丙基]-三甲氧基硅烷、[3-(2-氨基乙基)氨基丙基]-三乙氧基硅烷或它们的混合物。优选地在搅拌下添加碱性化合物，以防止局部pH过度增高，局部pH的过度增高能够导致部分溶胶的过早凝胶化以及作为结果的在最终产物中的不均匀性。

然后将溶胶倒入容器中且允许溶胶凝胶化以从而获得水凝胶。考虑到本发明的目的，即，将重金属封闭在玻璃质基质中，容器的形状并不重要；然而优选的形状是平行六面体，导致作为本方法的结果的砖样产物，其是被运输和贮存的最适宜对象。容器可由多种材料制成，例如塑料、金属、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷等，只要材料的特性是使得最终的凝胶不会粘附到材料。优选地，模具由塑料构成，比如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、氟化聚合物(比如聚四氟乙烯，PTFE)或聚硅氧烷。凝胶化优选地但不必在室温下进行。

凝胶化是本发明的方法的最重要的步骤；凝胶化是允许重金属被结合到二氧化硅基质中或以任何方式封闭到二氧化硅基质中，并因此进入最终玻璃质产物中的步骤。有两种可能的结合到所述基质中的机制，这取决于具体金属的化学性质。

第一种机制是化学类型的，对价数为至少3且优选地为4或5的金属有效，并导致结果为金属成为基质的一部分；其可由以下的反应来表示：

以上以非常示意性的方式表示了反应，仅意在显示将金属(M，在此作为三价元素来举例说明)连接至构成二氧化硅的键的三维网络的“氧桥”的形成；其并未说明使反应物硅或含金属化合物(在反应的左侧)的化合价饱和的原子或基团；也未指明反应的另外的产物。

第二种机制是物理类型的，并且对具有1价或2价且可与氧形成稳定的分子的金属有效。溶胶-凝胶技术中熟知的是，1价或2价的元素不适宜于通过氧桥结合到二氧化硅基质中；原因是1价或2价的元素仅能够分别连接一个或两个氧原子，至多导致链状结构；这种排列在热力学上并不足够稳定，因此这些金属-氧键可被破坏，并且金属可被存在于硅胶的孔中的溶剂分开。然而本发明人已经发现，在整个过程中形成稳定分子的一些金属原子可被框于由二氧化硅网络形成的笼中。这种机制可由以下反应示意性地表示，其中示出了由氧原子桥连的四个硅原子框住一种铀化合物，硝酸双氧铀(UO₂(NO₃)₂)的情形，硝酸双氧铀通常发现于再循环废核燃料过程中的液体废物中：

当通过该方法来固定的金属特别危险时，比如铊离子、铬(VI)离子或放射性金属，可使水凝胶经历利用适宜的溶剂进行表面洗涤的另外的步骤，例如通过浸入到溶剂中进行。溶剂必须能够从水凝胶中提取金属；溶剂可以是，例如，水、无机酸比如盐酸或硝酸的水溶液、或金属配位剂溶液。使水凝胶保持与溶剂接触有限的时间，以便实现仅从凝胶的最外层部分除去金属；从凝胶的表面层选择性地除去金属的技术是溶胶-凝胶技术中已知的，被应用于生产具有折射率梯度的光学部件，如例如在专利申请JP 05-009036和专利US 5,182,236中所描述的。用该另外的步骤获得的凝胶的随后的干燥和烧结产生了具有二氧化硅外壳的玻璃质物体，所述二氧化硅外壳围绕其中封闭重金属的部分；这种物体在任何条件下基本上不显示重金属的释放。可通过在本方法的新一轮运行中将含有提取自水凝胶的金属的用过的溶剂添加到起始溶液或分散体中来使其再循环。当凝胶化完成时，干燥水凝胶以尽可能多地除去存在于凝胶化结构内部的水。利用采用的方法特征，且特别是二氧化硅的量和高的二氧化硅：烷氧基硅烷的摩尔比率，可通过炉内的简单处理在不破裂的情况下干燥水凝胶，而无需依靠长时间的和昂贵的处理，比如现有技术的许多方法中的超临界干燥(通常在凝胶的孔中的溶剂交换之后)。优选地通过将水凝胶引入到热和湿气循环炉(thermal and humidity cycle oven)中来进行凝胶的干燥。以这种方式可控制干燥发生的温度和湿度，从而防止由于干燥过程中的不均一性而造成玻璃质材料内形成内应力。干燥时间可在宽的范围内变化，这取决于所涉及的各种工艺参数，尤其是待产生的玻璃质物体的体积和/或外表面。通常，干燥持续最短几小时至1200小时，优选地在600小时和900小时之间。进行干燥步骤的温度优选地在干燥过程中变化，通常在15℃和120℃之间，优选地在20℃和100℃之间。湿度也优选地在干燥过程中变化，通常在30％和100％之间。优选地，在总干燥时间的至少前一半的时间里，将湿度维持在平均大于70％的值上，且然后逐渐降低至在60％和30％之间的平均值。可通过在本方法的新一轮运行中将水凝胶干燥过程中在炉中可能形成的粉末添加到起始溶液或分散体中来使其再循环。

关于烧结干燥的凝胶的方法，这在与现有技术的大多数溶胶-凝胶方法的条件相比不同的条件下进行。事实上，在已知的方法中，烧结通常包括：第一阶段，在含有氧气(纯氧气、空气、氧气-氮气共混物或类似物)的气氛中煅烧，通常在约300℃和600℃之间的范围内的温度下进行；第二阶段，在至少一种氯化化合物比如CCl₄的存在下完全脱水和纯化，通常在约600℃和800℃之间的范围内的温度下进行；和最终阶段，在惰性气氛中固结，通过将温度升高到至少1200℃和高达约1400℃的值来实现。

大多数现有技术方法的烧结步骤的第二阶段是在氯化化合物的存在下进行的，意图通过将金属原子转变成由穿过凝胶的固定开放孔的气流来除去的挥发性氯化物而从基质(通常是二氧化硅)中除去痕量的金属原子；该处理的原因是这些金属通常被视为能够改变最终制品的最终性质(尤其是光学性质)的杂质。相反地，重金属原子保留在最终产物中是本发明的关键目的，因此用氯化化合物处理的操作应绝对避免。

大多数现有技术方法的烧结步骤的第一阶段，煅烧，在本发明的方法中并非严格必需的。传统的溶胶-凝胶方法中需要该操作以烧掉存在于干燥的凝胶中的有机分子或部分，比如方法中使用的或由烷氧基硅烷的水解生成的醇类的残余物；如果留在凝胶中，这些物质会损害最终产物的性质，例如通过在高温下在惰性气氛中在烧结的最后阶段期间产生含碳的物质，或通过在最终的玻璃质制品中形成气泡。然而，对于本发明的目的，含碳的物质(将黑色着色赋予制品)或气泡的存在并非有害的。因此，如果通过对待处理的实际废物进行预试验，确定跳过煅烧步骤并不损害最终玻璃质物体的重金属保留性质，则该阶段可避免。当重金属被物理地包在二氧化硅基质中(参见以上的反应(II))时，在本发明的方法中优选地采用煅烧阶段，以便通过将重金属分子转变为通常非挥发性的相应的氧化物，以避免重金属分子的可能的蒸发。对于双氧铀化合物，比如硝酸双氧铀或磷酸氢双氧铀，UO₂HPO₄，反应可如下示意性地(即，未配平为确切的化学计量)表示：

UO₂(NO₃)₂+O₂→UO₂(或UO₃)+NO₂ (III)

UO₂HPO₄+O₂→UO₂(或UO₃)+P₂O₅+H₂O (IV)

烧结步骤的最后阶段，在惰性气氛下在1200℃和1400℃之间加热是必需的，以获得不留有表面多孔性且因此能够将重金属保留在其内部的玻璃质物体。该阶段可在氮气或任何其它非反应性气体下进行。

烧结步骤的产物是含有重金属的玻璃质物体，其可例如放在仓库中或通过将其掩埋来处置。

根据本发明的方法获得的物体的优点是，由于它们的密度和由此的紧密度以及由于它们的规则的形状(例如，平行六面体)，它们与现有技术的废物相比可以容易地在更狭窄的容积内自由地或在容器内堆放；这允许节省处置地点的空间，且在废物需要被保护(例如，通过抗核辐射的壁)的情况下，节省了封闭所需的材料。

再次由于所述物体的紧密度和规则的形状，还可通过将所述物体置于由能够保留危险物质的材料制成的适宜外壳中来逐个地或以小组地进一步保护所述物体，所述危险物质为这些重金属或放射物；外壳材料可以是，例如，对待封闭的物质具有所需抗性性质的金属，例如在需要保留核辐射物的情况下的铅。可从被切割成形且弯曲围绕该物体的保护材料的片开始，围绕所述物体而形成外壳；或通过铸造熔融的金属并使其固化，围绕一个或一组所述物体而形成外壳。这些“被保护的”物体与需要特定性质和构造的容器(例如，密封容器，在本情况中不需要)的危险废物的其它形式相比，可以更容易地照这样或进一步被包封在容器内而依次地被运输或处置。

然而，优选地，如果重金属是有价值的金属且该方法的经济学证实这一点，则将烧结步骤的产物再次用于生产重金属，这与重金属的矿石相似。

在本情况中，考虑到最终玻璃质物体的再循环目的，修改了该方法的一些步骤。

尤其，尽可能地浓缩含有重金属的分散体的起始溶液，以便在最终物体中获得高重量含量的金属；这可以通过以下来进行：通过加热和/或通过使起始溶液或分散体经历减压，或简单地通过将其暴露在空气中足够长的时间段，从而提取溶剂。

考虑到金属的再循环，本发明的一般方法的另一修改是在烧结步骤中。在这种情况下，在处理室中维持氧气的受控制的分压的同时，进行烧结步骤的至少一个阶段，如此以致将重金属转变成具有高于二氧化硅的熔点的熔点或升华点的氧化物。以这种方式，使烧结过程的最终产物进行熔化、以固体形式回收感兴趣的金属的氧化物成为可能。例如，已发现在约800℃的温度下，在流速为约1.5和3升/分钟之间的按体积计33％的氧气和按体积计66％的氦气的气体共混物下(在已经在处理室中产生0.7巴-0.8巴的部分真空以便改善气体共混物向凝胶的孔中的渗透之后)，处理含有UO₂(NO₃)₂的干燥凝胶，获得了UO₂；这种氧化物具有2,878℃的升华温度，即，比二氧化硅的熔化温度高约1,000℃；熔点的这种差异为通过本发明的方法获得的玻璃质物体的方便的再循环提供了余地。

在下文中通过作为本发明的范围的非限制性实例而提供的一些实施方案进一步例证了本发明。

实施例

制备了含有元素Co、Ni、Sb、Cs、Er和Cr的一系列六种水溶液。通过将100g的相关金属的可溶性盐溶于100cc水中而制备每种溶液，向其中添加硝酸以将pH维持在约2的值，以便避免金属的氧代-羟代化合物的可能的沉淀。以下的表1记录了所用的盐和以mol/l为单位的所得的溶液浓度。在Ultra-Turrax

的搅拌下向每种溶液中添加500g的Aerosil

EG 50。在搅拌下向由此获得的溶胶中的每种中添加以使得二氧化硅：TEOS的摩尔比率等于10的量的TEOS。将溶胶加热至50℃，并在搅拌下向每种溶胶中滴加氢氧化铵，使pH升高到6的值(在添加NH₄OH的过程中监测pH)。将由此获得的溶胶倒入PTFE烧杯中并允许过夜凝胶化。从烧杯中取出所得的水溶胶并通过以下在受控气氛的炉中进行干燥：在8小时期间将温度从室温升高到100℃，并维持在最终温度400小时，在起初的208小时(包括加热阶段)期间在具有70％相对湿度的空气的气氛下进行，然后在随后的200小时期间逐渐将湿度降低至30％；然后在大气空气下将干燥的凝胶保持在炉中，同时允许其冷却至室温。

然后将干燥的凝胶放置在窑中，在纯氧气下将温度升高至600℃，然后将流动气体转换为氮气并将温度升至1400℃。使窑冷却，从而获得六种玻璃质物体。按照标准ASTM C1285-02的程序测量六种样品的重金属的浸出；该程序特别设计成用以评估玻璃质系统保留放射性元素的适合性，并因此用于核领域中，但其适用性是普遍的。测量通过以下来进行：将样品放置于PTFE烧杯中，添加按重量计10％浓度的硝酸水溶液，加热系统至90℃，回收硝酸样品并通过原子吸收测量其重金属含量；根据所述标准，以每平方米样品中浸出到酸中的金属的克数给出结果。这些测试的结果在以下的表1中给出。

表1

标准ASTM C1285-02表明，当所浸出的金属低于0.001g/m²时，玻璃质物体适用于处置放射性(重)金属。如从表中数据可见的，本发明的方法允许达到由此标准所规定的所需的低浸出值。

Claims

1.用于处理含有重金属的废物的溶胶-凝胶方法，包括以下步骤：

-获得含有至少一种重金属的溶液或分散体；

-通过向所述溶液或分散体中添加一定量的具有100μm以下的粒径的硅粉而形成溶胶，所述一定量使得所述溶胶中二氧化硅的含量构成在按重量计10％和90％之间，控制所述溶胶的pH不高于4；

-将所述溶胶的pH升高至4以上的值；

-将所述溶胶倒入模具中；

-允许所述溶胶凝胶化，从而获得水凝胶；

-干燥所述水凝胶，从而获得干燥的凝胶；和

-烧结所述干燥的凝胶，从而获得玻璃质二氧化硅产物，其特征在于，所述含有至少一种重金属的溶液或分散体是来自废物产生活动的废物。

2.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述获得溶液或分散体的步骤是正当所述溶液或分散体来自给定的液体废物产生活动时接收液体废物。

3.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中，当所述液体废物呈灰、浆或泥的形式时，所述获得溶液或分散体的步骤是润湿或稀释所述废物。

4.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中，当所述液体废物是稀释的液体废物时，所述获得溶液或分散体的步骤是预浓缩所述废物。

5.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中，所述硅粉具有10μm以下的粒径。

6.根据权利要求5所述的溶胶-凝胶方法，其中所述粉末具有5μm以下的粒径。

7.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述二氧化硅是热解硅石。

8.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述溶胶中所述二氧化硅的含量构成在按重量计30％和65％之间。

9.根据权利要求8所述的溶胶-凝胶方法，其中所述溶胶中所述二氧化硅的含量构成在按重量计50％和60％之间。

10.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中在添加二氧化硅期间，所述pH为1.5至3。

11.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述二氧化硅：烷氧基硅烷的摩尔比率小于30。

12.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述烷氧基硅烷是四烷氧基硅烷，其中每个烷氧基具有1至6个碳原子，优选地1至4个碳原子。

13.根据权利要求12所述的溶胶-凝胶方法，其中所述四烷氧基硅烷选自四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷和甲氧基三乙氧基硅烷。

14.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中以使得水与烷氧基硅烷的摩尔比率在40和200之间的量添加所述烷氧基硅烷。

15.根据权利要求14所述的溶胶-凝胶方法，其中所述水与烷氧基硅烷的摩尔比率在50和160之间。

16.根据权利要求15所述的溶胶-凝胶方法，其中所述比率在60和120之间。

17.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中在pH升高的所述步骤中，在4.7和5.2之间的范围内升高pH。

18.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述pH的升高通过添加水溶性无机碱性化合物或水溶性有机碱性化合物来实现。

19.根据权利要求18所述的溶胶-凝胶方法，其中所述碱性化合物是氢氧化铵或胺，特别是环己胺。

20.根据权利要求18所述的溶胶-凝胶方法，其中所述碱性化合物是氨基烷基-烷氧基硅烷。

21.根据权利要求20所述的溶胶-凝胶方法，其中所述氨基烷基-烷氧基硅烷在3-氨基丙基-三甲氧基硅烷、3-氨基丙基-三乙氧基硅烷、2-氨基乙基-3-氨基丙基-二甲氧基硅烷、2-氨基乙基-3-氨基丙基-二乙氧基硅烷、[3-(2-氨基乙基)氨基丙基]-三甲氧基硅烷、[3-(2-氨基乙基)氨基丙基]-三乙氧基硅烷、或它们的混合物之中选择。

22.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中在干燥之前通过用溶剂洗涤所述水凝胶有限的时间来使所述水凝胶经受从其最外层部分提取重金属的另外的步骤，所述溶剂在水、无机酸水溶液或金属配位剂溶液之中选择。

23.根据权利要求22所述的溶胶-凝胶方法，其中通过在所述方法的新一轮运行中将含有提取自所述水凝胶的所述金属的所述溶剂添加到起始溶液或分散体中来使其再循环。

24.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述干燥步骤在热和湿气循环炉中进行，在所述方法过程中在15℃和120℃之间改变温度，且在30％和100％之间改变湿度。

25.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中通过在所述方法的新一轮运行中将水凝胶干燥过程中在炉中可能形成的粉末添加到起始溶液或分散体中来使其再循环。

26.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述烧结步骤通过在1200℃和1400℃之间加热所述干燥的凝胶来进行。

27.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶方法，其中所述烧结步骤之前是煅烧所述干燥的凝胶的另外的步骤。

28.用于处理含有重金属的废物的溶胶-凝胶方法，包括以下步骤：

-通过尽可能地浓缩起始溶液来获得含有至少一种重金属的溶液或分散体；

-形成溶胶；

-将所述溶胶的pH升高至至少4的值；

-将所述溶胶倒入模具中；

-允许所述溶胶凝胶化，从而获得水凝胶；

-干燥所述水凝胶，从而获得干燥的凝胶；和

-烧结所述干燥的凝胶，同时在处理室中维持氧气的受控制的分压，如此以致将所述重金属转变成具有高于二氧化硅的熔点的熔点或升华点的氧化物。

29.根据权利要求1所述的方法获得的玻璃质物体。

30.根据权利要求28所述的方法获得的玻璃质物体。

31.权利要求29或30所述的物体作为至少一种重金属的来源的用途。