微硅粉的高附加值利用途徑

　　微硅粉是礦熱爐生產(chǎn)硅鐵合金和金屬硅過程中產(chǎn)生的Si和SiO氣體在煙道中與空氣氧化并迅速冷凝形成的粉塵，也稱為硅灰（或凝聚硅灰）。隨著環(huán)保力度的加強(qiáng)，微硅粉產(chǎn)量逐年增加，如果直接排放或堆棄，會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，因此，如何資源化利用這些數(shù)量巨大的微硅粉已成為硅鐵冶煉企業(yè)急需解決的問題。

　　微硅粉是硅鐵和金屬硅冶煉的副產(chǎn)物，憑借其優(yōu)異和神奇的性能被廣泛應(yīng)用于冶金球團(tuán)、特種混凝土、特種水泥、耐火材料、化工產(chǎn)品等領(lǐng)域。

　　1、微硅粉的特征

　　微硅粉的主要化學(xué)成分為SiO2 ，其中的 SiO2主要以非結(jié)晶相（或無定形 SiO2）存在，含量≥80%、雜質(zhì)成分少，比表面積為20~28㎡/g，粒度小于10μm的顆粒占80%以上，化學(xué)活性高，容易與堿反應(yīng)，且具有質(zhì)量輕、耐火度高、活性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑、耐火材料、冶金、陶瓷、化工等領(lǐng)域。

　　2、微硅粉的形成

微硅粉的形成過程

　　3、微硅粉的危害

　　微硅粉塵是一種顆粒細(xì)小、輕、易漂浮的可吸入顆粒，如果直接排放，會(huì)造成粉塵不易沉降，

　　漂浮于空氣中，嚴(yán)重影響人類健康和周邊環(huán)境。微硅粉塵顆粒被人體吸入后可直接進(jìn)入肺部，會(huì)引起肺癌等塵病。

　　4、微硅粉的高附加值利用途徑

　　一般而言，微硅粉中SiO2的品位越高，其附加值越高。

　　（1）用于混凝土工業(yè)

　　摻微硅粉混凝土具有強(qiáng)度高、黏附與凝聚性能好和可增加成型厚度等特點(diǎn)。大跨度橋梁、海洋石油鉆井平臺(tái)等水利水電工程中，摻微硅粉混凝土可以改善其防滲性、防腐性和抗沖磨性。道路修建過程中，微硅粉可以較大程度上提高混凝土早期強(qiáng)度和耐磨性。

　　微硅粉能提高混凝土的抗壓、抗拉、抗沖擊強(qiáng)度和耐磨性能。這是由于微硅粉不參與固化反應(yīng)，提高了混凝土中各組分間的粘結(jié)強(qiáng)度和密實(shí)度，減弱了Ca（OH）2的危害。微硅粉與樹脂易混合且不易團(tuán)聚，能有效減少沉淀和分層。微硅粉塵能降低混凝土的膨脹和收縮率，對(duì)混凝土有良好的絕緣性和抗電弧性能。一般而言，摻微硅粉的混凝土與多數(shù)酸堿不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)混凝土的抗腐蝕性。

　　（2）作為水泥摻和料

　　將微硅粉作為摻和材料用于生產(chǎn)特種水泥。摻微硅粉的特種水泥能制作成強(qiáng)度是普通混凝土2~3倍的致密度混凝土，其具有良好的耐磨性、耐腐蝕性、抗?jié)B性、絕緣性、抗凍性及對(duì)氯離子的阻擋性能等。

　　水泥的強(qiáng)度隨摻入微硅粉含量增加而顯著增加，微硅粉能有效提高水泥的密實(shí)性和割線彈性模量，顯著提高水泥的腐蝕阻力和蠕變性等，但水泥的吸水率和體積質(zhì)量會(huì)降低。因此，將微硅粉摻入水泥時(shí)，要關(guān)注吸水率和體積質(zhì)量降低的問題。

　　（3）用于耐火材料行業(yè)

　　微硅粉塵具有較高耐火度等優(yōu)良性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于耐火材料行業(yè)，主要用來制備高溫陶瓷、鋼包料、高溫耐磨材料、透氣磚、耐火澆注料等。

　　微硅粉能提高耐火材料的流動(dòng)性、體積密度和強(qiáng)度，改善耐火材料的凝聚性和高溫性能，延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命，可實(shí)現(xiàn)硅鐵和工業(yè)硅冶煉企業(yè)粉塵內(nèi)部消化和清潔生產(chǎn)。

　　（4）冶金球團(tuán)

　　在冶金行業(yè)，多數(shù)企業(yè)將微硅粉作為一種返回料使用。將硅石和微硅粉混合造球礦作為電爐還原煉硅的原料，可以實(shí)現(xiàn)硅回收率正常，單位產(chǎn)品能耗不變。用水將微硅粉潤(rùn)濕、造塊制成4cm左右的球團(tuán)不需要焙燒、干燥等可直接進(jìn)行電爐還原熔煉。球團(tuán)也可進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)過程中沒有爆裂等問題，產(chǎn)品燒結(jié)礦強(qiáng)度較高。

　　將微硅粉和紙漿廢液混合制成球團(tuán)，進(jìn)行電爐還原熔煉，生產(chǎn)證明由于該球團(tuán)比普通料的強(qiáng)度大，在運(yùn)輸過程中不容易破碎。將電爐煉硅濕法回收的微硅粉料漿作為返回硅源，與鉻礦混合造球，生產(chǎn)表明微硅粉能增強(qiáng)鉻礦球團(tuán)的黏結(jié)性。

　　（5）制備納米白炭黑（納米SiO2）

　　張德懿等以低品位微硅粉為硅源，通過“酸浸提純—HF 酸溶解—水解—干燥”工藝制備出品位大于97%的納米SiO2，其BET比表面積和平均粒徑分別為210㎡/g和90nm。裴新意等把微硅粉加入生石灰中煅燒后酸浸制備白炭黑，制備出純度99.9%、平均粒徑11.15μm、白度為96的白炭黑。朱慧仙等以微硅粉和氧化鈣為原料，經(jīng)混酸加HF除鐵、高溫煅燒和水溶等步驟制備出穩(wěn)定性良好的酸性硅溶膠。

　　不過，利用微硅粉塵制備白炭黑的研究主要集中在制備工藝、產(chǎn)品純度和性能控制等方面，然而生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是沉淀白炭黑，與氣相法生產(chǎn)的白炭黑性能差距較大。

　　（6）制備金屬硅

　　BARATI等以品位97.5%的微硅粉為硅源，通過酸浸、低溫煅燒、鎂熱還原、還原后酸浸等步驟制備金屬硅。所制備的金屬硅中硅含量大于99%，B和P含量分別小于3g/t和12g/t，其質(zhì)量?jī)?yōu)于冶金硅，是制備太陽能級(jí)硅的優(yōu)質(zhì)原料。因此，采用微硅粉制備金屬硅對(duì)于其高值化利用是一個(gè)重要方向。

　　（7）制備高性能吸附劑

　　微硅粉比表面積大和孔隙發(fā)達(dá)，有較強(qiáng)的吸附作用。由微硅粉制備的吸附材料對(duì)重金屬、CO2和油氣等有良好的吸附作用，可以預(yù)見微硅粉制備的吸附材料在廢水、廢氣、廢液等治理方面有廣泛的應(yīng)用。將高污染粉塵變成治理環(huán)境的高效試劑，這是微硅粉高值化利用的重大創(chuàng)新。

　　（8）制備凝膠材料

　　由于微硅粉可以通過高溫煅燒或者堿溶制備水玻璃，因此，不論是以微硅粉還是水玻璃為硅源制備硅氣凝膠，都能實(shí)現(xiàn)微硅粉高附加值利用。微硅粉為硅源制備的硅氣凝膠氣孔率高、強(qiáng)度大、密度低、隔熱性能好，而且無毒的特點(diǎn)、有望廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑、醫(yī)藥等行業(yè)。

　　微硅粉的利用應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注微硅粉資源化、綜合化和高值化利用，對(duì)微硅粉進(jìn)行深加工提高其理化性能，使其廣泛應(yīng)用在電子、航空航天、醫(yī)藥、彩色輪胎、牙膏、橡膠等領(lǐng)域。

　　資料來源：《張金梁, 盧萍, 楊桂生,等.微硅粉性能表征與綜合利用研究現(xiàn)狀分析.礦冶:116-122.2020,(04)》

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