微硅粉在國內外的應用概述

1、微硅粉在國內外的應用概述摘要:微硅粉(硅灰)是金屬硅或硅鐵等合金冶煉從煙氣中回收的粉塵。本文對微硅粉在國內外的回收和在混凝土、耐火材料、水泥生產(chǎn)等領域的應用情況進行了概述并對微硅粉市場進行了調研，在此根底上進行了國內外的市場預測和前景展望。關鍵詞:微硅粉/硅灰混凝土耐火材料超微粉體工業(yè)廢棄物微硅粉又名硅灰、硅粉(silicafume、micro-silica)，是金屬硅或硅鐵等合金冶煉從煙氣中回收的粉塵。目前市場上銷售的微硅粉，一局部是冶煉煙氣經(jīng)過收塵器收集后直接銷售的硅灰，也有一局部是冶煉煙氣經(jīng)過收塵器收集后經(jīng)過處理再銷售的硅灰。微硅粉平均粒徑為0.15-0.20m，比外表積為15000-2

2、0000m2/kg。其主要成分為二氧化硅，含量一般80-92%，雜質成分有氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化鋁和活性炭等。礦石成分、冶煉工藝、收塵系統(tǒng)運行情況等都會造成成分波動。由于微硅粉中二氧化硅屬無定型物質，活性高，顆粒細小，比外表積大，具有優(yōu)良的理化性能,過去被認為是一種工業(yè)廢棄物，現(xiàn)在越來越多地被認為是一種珍貴資源，一種無需經(jīng)過粉碎加工、廉價的超微粉體?？梢詮V泛應用在特殊工程中使用的混凝土、耐火材料、水泥等重要領域。我們通過各種信息資源包括論文、網(wǎng)絡、 調查、與企業(yè)座談等途徑，對微硅粉應用及市場情況進行了調研，本文就調研結果進行綜述，希望以此推進我國微硅粉深度研究和開發(fā)應用，縮小和優(yōu)

3、勢國家的差距，增強在國際上的競爭力。1微硅粉在國外的應用情況早在1947年挪威?？瞎?ElkemASA)就開始進行微硅粉的生產(chǎn)技術、粉塵處理、分級和應用方面的研究，成為世界上最早開展微硅粉研發(fā)的企業(yè)，并始終在微硅粉收塵與處理技術上保持領先地位。隨后,美國、俄羅斯、日本也開始進行研發(fā)應用，并成為微硅粉主要生產(chǎn)國。目前，微硅粉年生產(chǎn)量為:美國30萬噸，俄羅斯15萬噸，挪威12萬噸，日本7萬噸。國外以微硅粉為主可開發(fā)的應用領域有:微硅粉作為摻和劑應用于混凝土工業(yè)是國外微硅粉綜合利用中研究最早、成果最多、應用最廣的一個領域。由于微硅粉具有顆粒細小、比外表積大、SiO2純度高、火山灰活性強等物理化學特

4、點，把微硅粉作為摻和劑參加混凝土中改善了混凝土多方面的性能。如顯著改善塑性混凝土粘附性能和凝聚性，大幅度降低回彈量，增大噴射混凝土一次成型厚度，縮短工期，節(jié)省工程造價。在需要特殊高強度混凝土的場合，微硅粉作為摻和料配制高強混凝土，其強度等級可以到達100MPa。國外許多重要的高層建筑物，如美國南瓦克大廈和德國法蘭克福BfG大廈都是采用了微硅粉做混凝土的增強摻和劑。在興旺國家的一些重要混凝土水利水電工程中如海洋石油鉆井平臺、大跨度橋梁、隧洞等工程摻加微硅粉可以改善防滲、抗沖磨、防腐等性能，如挪威北海石油鉆井平臺，挪威Stolma跨海橋(301m跨徑LC60輕骨料混凝土建造)，丹麥大貝爾特海峽大橋

5、，連接丹麥與瑞典的厄勒(ORESUND)海峽大橋，美國Kinzua大壩防滲混凝土面板、進水閘、遂洞、主廠房下部結構等。微硅粉混凝土用于公路路面和飛機跑道中，可以大大提高混凝土早期強度和耐磨性能，在公路路面的維護和搶修中，可以提前通車時間，增加經(jīng)濟效益，如歐洲E-6和E-18高速公路(瑞典)，以及倫敦非金屬處理廠高耐磨地面處理。在歐美國家，75%的噴射混凝土都摻入微硅粉，而在挪威和瑞典，微硅粉是噴射混凝土的必備材料。日本每年通過?？瞎?，從中國進口大量的微硅粉用于耐火材料工業(yè)。從日本神戶制鋼耐火物研究所的研究報告來看，優(yōu)質微硅粉主要被用作高性能耐火澆注料、預制件、鋼包料、透氣磚、自流型耐火澆注料

6、及干濕法噴射材料。根據(jù)大阪工業(yè)技術研究所的提交的研究報告，在高溫陶瓷領域，如:氧化物結合碳化硅制品，高溫型硅酸鈣輕質隔熱材料，電磁窯用剛玉莫來石推板，高溫耐磨材料及制品，剛玉及陶瓷制品，賽龍結合制品等，微硅粉的使用具有高流動性、低蓄水量、高致密度和高強度等特點。美國曾將微硅粉以每453.6kg硅石配22.7kg微硅粉的配比制成球團作為電爐冶煉原料，球的最大尺寸為19-25mm。經(jīng)電爐冶煉證明，參加較大量的球團時，爐子運行三周，沒有發(fā)現(xiàn)硅回收率降低和單位電耗增加的現(xiàn)象。挪威?？瞎疽苍鴮?萬千瓦金屬硅爐每晝夜生產(chǎn)出的100m的微硅粉用水調和制成1-5cm直徑的球團后不用枯燥直接返回電爐進行冶煉試

7、驗，在豎爐中800-1200溫度下進行燒結，燒結后的球團不存在爆裂和不適應的問題，具有足夠的機械強度，而且，由于不另加粘結劑，球團中雜質很少，因此可返回電爐作為冶煉材料。蘇聯(lián)用紙漿廢液作粘結劑制球，球團強度可經(jīng)倒運而不碎裂，按30%比例參加電爐使用。瑞典一家鐵合金廠利用微硅粉作鉻礦球團粘結劑使用。全封閉電爐冶煉硅鐵一般采用濕法凈化煙氣，利用處理后的水洗爐氣回收的微硅粉塵泥作為電爐冶煉原料。挪威?？瞎具M行了試驗和研究，將其在回轉窯中加氧化劑或復原劑，繼續(xù)加熱到800-1400左右，經(jīng)這樣處理可以除掉微硅粉塵泥中的有害物，同時將其形成球團。球團中的有害物質酚和氰化物及瀝青之類的含碳物質都被除掉，

8、處理后的球團可返回到金屬硅、硅冶煉中作為原料。目前，美國、俄羅斯、挪威等國均有微硅粉造球專利和制球設備。作水泥原料:挪威、冰島、加拿大等國家的鐵合金廠收回的局部微硅粉都有作為水泥原料的報導。蘇聯(lián)專利指出，在生產(chǎn)波特蘭水泥的原料中配入18-25%的硅粉，可提高水泥窯的產(chǎn)量和水泥質量，窯的生產(chǎn)能力提高10-20%水泥養(yǎng)護28天后，抗壓強度由47Pa提高到54-56MPa。做水泥混合材生產(chǎn)混合水泥:冰島水泥公司將制成球狀的微硅粉與熟料一起研磨生產(chǎn)含微硅粉約6%的混合水泥，應用效果很好。1982年法國拉法基(Lafarge)水泥公司用微硅粉摻在波特蘭熟料中生產(chǎn)的混合水泥就已進入市場。加拿大也制訂了混合

9、水泥的標準，混合水泥要求微硅粉摻入量在10%以內，微硅粉中SiO2含量大于85%，燒失量<6%。生產(chǎn)超密水泥:日本電氣化工業(yè)株式會社從丹麥迪西脫(DENSIT)公司引進了以"DENSIFIED"命名的超密水泥。這種水泥主要由微硅粉、特殊外加劑和水泥熟料等配制而成。用它能制成致密度極高的混凝土，其強度比普通混凝土增強2-3倍，有良好的耐腐蝕性、絕緣性、耐磨性、抗?jié)B性、抗凍性及對氯離子的阻擋性能等。丹麥已將這種水泥用于防腐、耐磨食品工廠和重型機械廠的地面及要求絕緣和阻擋氯離子的防蝕層、水工混凝土工程等，還可以代替局部金屬制品。丹麥防腐蝕研究中心正在研究所用這種水泥作鋼鐵的

10、防腐涂層原子能研究所正在研究用它作放射性廢棄物的保護隔離材料。為了防止某些化工合成粉體結塊，曾經(jīng)采用云母進行包覆處理，造價較高。應用微硅粉可以取代較貴的處理材料，但要準確地掌握使用的比例。挪威、法國和意大利都是采用這種方法，使分散隔離劑的應用效果很好。這種分散隔離劑廣泛用于微細農(nóng)藥、化肥、滅火劑等產(chǎn)品，如美國Borax、蘇格蘭METHILDOCKS化肥廠。國外一些廠家對冶煉硅質合金產(chǎn)生的大量微硅粉不斷進行研究探索，尋找更多的用途。例如，俄羅斯開發(fā)了利用微硅粉作硅酸鹽磚原料的工藝方法，并試制出配加5%微硅粉的硅酸鹽磚，按磚的硬度、抗寒強度、吸水性相當于M200牌號磚，如將微硅粉配加量增至7%時，

11、磚的牌號增至M250-300號，這批試驗性磚的其他指標均符合俄羅斯標準要求俄羅斯利用微硅粉填充樹脂及其他高分子聚合物產(chǎn)品，替代白碳黑、滑石、石棉、氣溶膠等填充材料，可提高延伸縮、抗撕裂和抗老化度性能微硅粉還可以用于農(nóng)肥和改進土壤品種，如將微硅粉與氫氧化鉀或碳酸鉀混合加熱可制成緩農(nóng)肥硅酸鉀，它不易揮發(fā)流失，能保護土壤，促進作物根部發(fā)育，抑制病蟲害，以及將微硅粉和纖維素廠或木材工廠生產(chǎn)的廢樹皮等廢料經(jīng)加工后形成混合物質，可以增強土壤的肥力。2微硅粉在我國的應用我國對微硅粉的應用研究和回收利用起步較晚，大局部硅鐵生產(chǎn)企業(yè)對微硅粉的回收不夠重視，一些規(guī)模較大的企業(yè)盡管回收了微硅粉，但沒有發(fā)現(xiàn)其中的價值

12、，而且這些回收來的微硅粉二氧化硅含量大多數(shù)都不達標，尚屬粗放型的工業(yè)副產(chǎn)品。近幾年，由于國家對環(huán)保的重視，逐步加強了對污染企業(yè)的管理，特別是國內對高強混凝土需求的增加，許多鐵合金生產(chǎn)企業(yè)配備了收塵設備，并開發(fā)、引進了加密技術。我國微硅粉產(chǎn)品開展很迅速，在該領域與國外的差距正在縮小。高強度混凝土、微硅粉噴射混凝土、復合增強密度劑、硅粉砂漿、低水泥澆注料等科研成果都已通過了部級或省、市級技術鑒定，并已在許多工程中應用，技術經(jīng)濟效果顯著。有的應用技術已接近或到達了國外八十年代初的水平。目前大多工業(yè)硅廠每生產(chǎn)三噸工業(yè)硅可回收一噸優(yōu)質微硅粉。每生產(chǎn)五噸硅鐵可回收一噸微硅粉。據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年我國微

13、硅粉產(chǎn)量到達12萬噸以上，其中大局部含SiO2為90%以下品級。我國微硅粉的主要用途也是在混凝土和耐火材料領域。微硅粉混凝土已應用在重要工程如建造高層大廈、抗沖刷磨損、抗?jié)B漏等工程，早在1986年我國已將硅砂漿應用于葛洲壩水閘的修補和2000-3000m3蓄水池的防滲，三峽電站、二灘電站、紫坪鋪電站、黃河小浪底電站、福建水口電站、青海龍羊峽電站等水利水電工程和上海楊浦大橋、香港青馬跨海大橋、江蘇連云港木材碼頭等工程的防滲及抗沖磨部位，以及用于高強度抗?jié)B工程如上海黃埔江越江隧道工程微硅粉混凝土還用于抗硫酸鹽、氯酸鹽、鋼筋防銹和提高耐久性工程，如我國在沿海建造的水下采油平臺等微硅粉混凝土用于鐵路公

14、路，如國家重點工程青藏鐵路建設工程也較多地采用微硅粉產(chǎn)品。微硅粉在耐火材料中主要應用于不定形局部。我國冶金部建筑研究總院自1985年開始進行低水泥澆注料研究，1988年通過部級鑒定。它已在寶鋼、首鋼熱工設備上使用，有的已由國產(chǎn)材料代替了日本進口材料。低水泥澆注料和普通澆注料都使用鋁酸鈣水泥，配入微硅粉和高效減水劑后，低水泥澆注料不僅能節(jié)約昂貴的鋁酸鹽水泥50-70%，而且性能還得到提高。至今水泥澆注料已經(jīng)用于許多工程，如用于寶鋼高爐鐵溝蓋代替原日本進口澆注料，節(jié)約大量外匯用于首鋼250步進式加熱爐和430加熱爐燒咀磚上用于首鋼500開坯加熱爐汽流沖刷磨損嚴重的部位用于南京化學工業(yè)公司研究院的煤

15、氣發(fā)生爐爐襯，使用壽命到達68天，比原剛玉管的使用壽命提高10-20倍。近幾年，在一些研究機構、產(chǎn)品開發(fā)機構的大力推廣下，微硅粉已逐步在工程板材、耐磨地坪、涂料、功能砂漿等領域獲得應用。另外，微硅粉在其他領域的應用也有進展，如上海星火化工廠已將微硅粉應用于水玻璃生產(chǎn)，可在簡化工藝的情況下，生產(chǎn)出模數(shù)大于4的水玻璃。模數(shù)4以上的水玻璃為中性，可廣泛用于高溫噴涂、鑄鋼等方面。上海寶鋼已使用了這種水玻璃。目前微硅粉的市場價格每噸為18003800元，根據(jù)微硅粉中SiO2含量、用途的不同，市場上微硅粉的價格也不同，一般地，如果不考慮粒度、燒失量等因素，SiO2的含量越高、雜質含量越低，售價就越高。隨著

16、市場對微硅粉需求量的增大，價格有走高的趨勢。表1-表3是國際和國內市場微硅粉的價格。表1國際市場局部口岸CIF市場價格主要規(guī)格參數(shù)包裝出口口岸參考價格(美元/公噸)備注85%800公斤/袋東京仁川墨爾本迪拜卡拉奇西雅圖250-260242-252316-326395-405270-280301-310加密加密加密加密加密加密90%800公斤/袋東京仁川墨爾本迪拜卡拉奇西雅圖270-280292-302336-346320-330290-300321-331加密加密加密加密加密加密表2微硅粉中國局部口岸FOB市場價格主要規(guī)格參數(shù)包裝出口口岸參考價格(美元/公噸)備注85%800公斤/袋大連青島新

17、港上海黃蒲湛江220-230210-220220-230225-235230220-230加密加密加密加密加密加密90%800公斤/袋大連青島新港上海黃蒲湛江250-260240-250240-250250-260240-250240加密加密加密加密加密加密表3微硅粉中國局部地區(qū)市場價格主要規(guī)格參數(shù)包裝產(chǎn)地人民幣參考價格(元/噸)備注85%800公斤/袋內蒙古甘肅寧夏貴州1500-1650元/噸1600-1700元/噸1500-1650元/噸1550-1700元/噸加密加密加密加密90%800公斤/袋內蒙古甘肅寧夏貴州1800-1900元/噸1700-1850元/噸1700-1850元/噸17

18、00-1900元/噸加密加密加密加密3微硅粉的市場需求預測目前國際市場微硅粉需求量逐年增加，國外微硅粉的主要生產(chǎn)國如美國、俄羅斯、日本、挪威等微硅粉總產(chǎn)量大于64萬噸/年，仍然不能滿足市場的需求。由于中國硅鐵和金屬硅在國際上的產(chǎn)量處于突出的地位(2006年約占世界產(chǎn)量的2/3)，所伴生的微硅粉受到國外終端客戶的重視，國外客商紛紛到中國采購微硅粉，如挪威的?？瞎?，不僅逐漸投資壟斷資源，而且已將研發(fā)中心遷到中國，每年都會將中國西北鐵合金等國內大局部鐵合金廠家的微硅粉以低價大量收購，在國內進行加工后再高價賣到中國和國際市場上用于建筑、水泥、化肥等領域，年銷售微硅粉達25萬噸，利潤不菲。從有關資料的了解，國外微硅粉市場龐大，高質量微硅粉應用領域廣泛，但是高品質的微硅粉產(chǎn)量很少。根據(jù)與?？瞎?中國)研究中心主任的座談了解，該公司在挪威已經(jīng)利用廉價水電在高溫電弧爐中用硅石專門直接生產(chǎn)高純微硅粉(實際上是氣相白碳黑)，這種微硅粉的價格高達5000美元/噸。目前高層建筑、鐵路、橋梁、水工建筑等對微硅粉的需求與日俱增，市場潛力巨大。混凝土是建筑業(yè)的根本材料，微硅粉的參加使高強度、高性能混凝土成為