中国粉体网讯 微硅粉即硅灰,是电弧炉冶炼工业硅或硅铁合金时,炉内高温区域的硅石与碳质还原剂反应,在还原气氛下,产生的SiO、CO及少量金属气体经逸出后迅速氧化冷凝为粒径0.3μm左右的球状亚微米级非晶二氧化硅颗粒,后被除尘装置收集。微硅粉作为工业硅冶炼的副产品,其产量随着工业硅或硅铁合金产量的增加而增加。
来源:西肯硅材料
微硅粉主要成分为SiO2,同时含有少量K、Na、Mg、Ca、Fe、Al和游离碳等杂质,具有粒度细、质量轻、比表面积大、活性强、耐火度高等优良性能,可广泛用于水泥、化工、耐火材料、隔热材料、复合材料等领域。
微硅粉的应用
水泥领域
因为微硅粉具有的良好的火山灰活性、优异的耐酸、耐高温和耐磨特性以及粒径小、比表面积大的特性,故理论上微硅粉是制造水泥最好的活性混合材料之一。微硅粉在水泥领域中的应用开发也是最早的,主要为替代一部分矿渣用于生产普通水泥,或者其他具有高附加值的特种水泥。
混凝土领域
微硅粉具有极好的火山灰反应性和物理填充效果,是制造高性能混凝土的重要原料。微硅粉作为混合材料直接用于水泥生产是典型的内掺,用在混凝土中则是外掺,二者基本原理类似,目前实际应用中以外掺居多。
耐火材料领域
耐火材料在冶金、化工、高温涂层等领域应用十分广泛,SiO2又是常见制造耐火材料原材料,而粒径小的微硅粉主要成分为SiO2,理论上可被用于制造高档的耐火材料。
橡胶领域
微硅粉在橡胶领域中的应用主要有两条路径,一是与废旧轮胎等一起作为混凝土的添加剂,用于道路施工;另一方面就是将微硅粉作为填料或者制备成白炭黑与橡胶混炼,用于轮胎侧面、制鞋等。
分子筛合成领域
因SiO2的化学惰性,微硅粉直接用于催化研究较少。但分子筛在化工领域的作用却举足轻重,故探索将微硅粉高效低成本的转化为用途广泛的分子筛具有重要意义。
微硅粉的提纯
工业微硅粉作为一种廉价的工业废弃物,在混凝土、水泥等领域中表现出其优良的物理特性,而作为一种丰富的二氧化硅来源来说,通过煅烧、酸浸、碱溶、絮凝等方法进行提纯,对提高工业微硅粉附加值起到至关重要的作用。
煅烧
微硅粉中碳、硫、灰分等非金属氧化物杂质在一定温度下可反应生成气体,从加热装置中逸出,以达到提纯目的。经煅烧后的微硅粉白度明显提高,同时可保留其纳米结构,比表面积增大。
煅烧法可有效去除微硅粉中的游离碳,提高其白度;在一定温度下煅烧微硅粉可保持其原始形貌,但温度过高时,微硅粉颗粒变大,且由非晶转变为晶体;煅烧可去除非金属杂质,但金属氧化物杂质难以去除,单一使用煅烧法提纯并不能得到高纯二氧化硅,只可作为微硅粉的常规除碳工艺,因此要结合其他提纯方法或在煅烧过程中加入有助于金属氧化物去除的气氛进一步提纯。
酸法
酸法提纯是利用二氧化硅不溶于酸(氢氟酸除外)的特点,将微硅粉中可溶于酸的金属氧化物杂质去除,同时不造成二氧化硅的损失,提高其回收率。
通过酸浸可显著提高微硅粉的品位,同时保留了其球形结构,且分散均匀;不同的酸对微硅粉提纯具有不同的效果,混合酸更有利于微硅粉的提纯;酸浸过程中利用辅助手段,如搅拌、微波等,有利于微硅粉的提纯;利用HF去除表面的玻璃态二氧化硅,可使酸液进入微硅粉颗粒的内部进一步提纯,但反应时间过长,会导致二氧化硅的损失,回收率下降。
碱法
微硅粉中的二氧化硅属酸性氧化物,在一定条件下能与强碱、碱性氧化物反应生成硅酸盐,利用此性质也可以进行微硅粉的提纯,制备出纯度较高的二氧化硅。
微硅粉经碱性焙烧、酸洗干燥可得到纯度在99%以上的白炭黑,可作为高纯纳米二氧化硅使用;该方法工艺流程复杂,生产成本高,经济效益低;通过结合超声波等手段,可缩短工艺时间,进一步提高微硅粉产品的纯度,生产出纯度较高的白炭黑产品。
絮凝法
絮凝法是在分散均匀的矿物质溶液中,利用絮凝剂对不同性质颗粒的吸附能力不同,与固液体系中各组分颗粒的作用力不同,从而实现分离不同组分的矿物颗粒,本质是一种浮选的方法。
絮凝法提纯工艺操作简单,无繁琐流程,适合工业化应用;由于现阶段有关絮凝法的研究太少,虽然没有酸洗时对环境的污染,但絮凝过程耗时长,分散剂及絮凝剂对环境有污染,且提纯效果没有酸浸明显。
参考来源:
毛静等.浅谈国内外微硅粉的应用发展现状
王杰等.工业微硅粉应用及提纯研究进展
罗文波等.微硅粉-碎硅石粉复合球团粒度组成对球团性能的影响
(中国粉体网编辑整理/初末)
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