河北建筑用硅灰

硅微粉主要生产设备及工艺
硅微粉的主要生产设备有球磨机、振动磨、微粉分级机和烘干机。下面分别简要介绍其工作原理。
球磨机：可以是干法也可以是湿法研磨物料。当球磨机运转时，磨矿介质与物料一起被提升到一定高度后下落，如此反复进行，处于磨矿介质之间及磨矿介质与磨机桶壁之间的物料受到冲击和物料在磨矿介质的滚动、滑动过程中被研磨成细粉。
振动磨：利用磨矿介质受磨机的振动作用，在磨机腔体内滑动、滚动而对物料进行研磨。微粉分级机的分级原理是：物料被风机抽吸到分级室内，在高速运转的分级转子和分级叶片之间被分级；粗物料沿分级筒壁而下，从底部粗粉出口排出；细粉则随气流穿过转子叶片的间隙由上部细粉出口排出，从而达到分级的目的。烘干机：为了保证硅微粉较低的含水率和在干燥时不受污染以及提高生产效率、节约能源而采用空心轴搅拌烘干机，其工作原理是：物料从进料口进入烘干机内，由空心桨叶输送至出料口出料；物料在被输送过程中，受空心桨叶搅拌并由空心桨叶和机体夹套
同时加热，水分被蒸发而烘干。含水量在15%～20%的物料，干燥后水分可控制在0.05%以下。
4.1.2 生产工艺
角形硅微粉生产工艺有干法研磨和湿法研磨两种。干法研磨生产工艺：是将硅微粉原料放进球磨机或振动磨中研磨，该研磨工艺可以连续进料和出料，也可以一次投入若干重量原料，连续研磨若干时间后出料；出料时要经过微粉分级机控制粒度，粗的产物返回磨机再磨或作为产品，细的则是产品。干法研磨要严格控制入磨物料水分，产品不再干燥。工艺流程见图1。


湿法研磨生产工艺：是将若干重量硅微粉原料一次投入球磨机中，加入适量的水，作业浓度在65%～80%；连续研磨十几个小时后，倒出料浆，用压滤方法或放在料桶内自然沉淀脱水，得到含水料饼；用打碎机打碎分散后均匀连续地投到空心轴搅拌烘干机中，干燥后得到产品。工艺流程见图2。


无论是干法研磨还是湿法研磨，磨机中还应加入几种直径按要求配比的磨球，又称磨矿介质。根据进料粒度大小和产品粒度要求，磨矿介质的直径和配比是不同的，研磨时间也是不同的。为了避免物料在研磨时被污染，使用的磨矿介质应是非金属材料如氧化铝陶瓷球或硅石；磨机的桶体内也必须衬高强度耐磨材料如氧化铝陶瓷、硅石或聚氨脂橡胶。

微硅粉/硅灰应用领域
微硅粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。在水泥基的砼、砂浆与耐火材料浇注料中，掺入适量的硅灰，可起到如下作用:
1、显着提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。
2、具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。
3、显着延长砼的使用寿命。特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使砼的耐久性提高一倍甚至数倍。
4、大幅度降低喷射砼和浇注料的落地灰，提高单次喷层厚度。
5、是高强砼的必要成份，已有C150砼的工程应用。
6、具有约5倍水泥的功效,在普通砼和低水泥浇注料中应用可降低成本.提高耐久性。
7、有效防止发生砼碱骨料反应。
8、提高浇注型耐火材料的致密性。在与Al2O3并存时，更易生成莫来石相，使其高温强度，抗热振性增强。 9、具有较强的火山灰效应，拌合混凝土时，可以与水泥水化产物Ca(OH)2发生二次水化反应，形成胶凝产物，填充水泥石结构，改善浆体的微观结构，提高硬化体的力学性能和耐久性。
10、微硅粉为无定型球状颗粒，可以提高混凝土的流变性能。
11、微硅粉的平均颗粒尺寸比较小，具有很好的填充效应，可以填充在水泥颗粒空隙之间，提高混凝土强度和耐久性。
①增加强度；用硅粉代替部分水泥加到混凝土中，增加了密度和凝聚力，使混凝土抗压抗折强度大大增强，掺入5％～10％的硅粉，抗压强度可提高10%～30%，抗折强度提高10％以上。
②增加致密度：硅粉可均匀地充填于水泥颗粒空隙之中，使混凝土更加致密，克服了混凝土常见的空隙弊病，对渗水性、碳化深度进行测试，结果表明，抗渗性可提高5～18倍，抗碳化能力提高4倍以上
③抗冻性：测试表明硅粉混凝土在经过300～500次快速冻融循环，相对动弹性模量降低1％－2％，而普通混凝土仅通过25～50次循环，相对动弹性模量降低36％～73％
④早强性：硅粉加入混凝土后，与游离的Ca(OH)2结合，从而降低Ca+2和OH－的浓度，使诱导期缩短，促进C2S水化，表现了硅粉使混凝土早强的特性，有资料介绍，硅粉能将混凝土18小时强度可提高30％
⑤抗冲磨、抗空蚀性：我国水工建筑物60％以上受不同程度的冲磨、空蚀破坏。经测试表明，硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力高0.5～2.5倍，抗空蚀能力提高3～16倍。

硅灰的应用

1 在混凝土方面的应用
把硅粉作为掺和剂用于混凝土工业是国内外硅粉利用中研究是早、成果较多、应用较广的一个领域。由于硅粉粒度细，比表面积大，具有很高的火山灰活性，作为添加剂可以配制高强度混凝土。自1983年以来，在北美、欧洲、日本等都开始大量使用硅粉混凝土，仅1989年，挪威就有4万t硅粉用于混凝土，相当于5O万t水泥掺有硅粉，加拿大1985-1989年共使用了硅粉混凝土100万m3。硅粉加入混凝土中改善了混凝土多方面性能：

1．1 提高混凝土早期强度和较终强度
国外研究证明，当硅粉对水泥的取代率在3O％以内时，蒸养温度为8O℃，砂浆一天的抗压强度为不掺硅粉的2倍(IOOMPa)，若采用蒸压养护，则几乎达3倍(150MPa)。加拿大研究表明，当硅粉与高效减水剂复合使用时，混凝土的抗压强度为不掺硅粉的3～5倍。目前，美国、丹麦、挪威等国已有硅粉作掺和剂配制了强度高达1lOOkg／cm 的混凝土，而且工艺简单。硅粉在混凝土中的效应，随硅粉用量增加，活性和微粒对混凝土强度的影响也逐渐增强。

1．2 增加致密度
混凝土中掺入硅粉增加了起反应的硅含量，在电镜下观察，掺硅粉混凝土的水泥石空隙中有晶体生长。另外，硅粉颗粒很细小，均匀地充填了混凝土微孔，减少了微空容积，从而使致密性增强。

1．3 改善混凝土离析和泌水性能
国外研究证明，硅粉掺入量愈多，混凝土材料愈难以离析和泌水，当取代率达15％时，混凝土坍落度即使达15～20cm也不产生离析和泌水，当取代率达2O％～3O 时，混凝土直接放入自来水中也不易产生离析。

1．4 提高混凝土的抗渗性、抗化学侵蚀性和比电阻
由于硅粉的掺入提高了混凝土的密实性，大大减少了水泥石空隙，所以提高了硅粉 昆凝土的抗渗性能 国内外研究认为，当混凝土中硅粉取代率为1O％～2O 时，显着改善了混凝土的抗渗性、抗化学侵蚀性，而且对钢筋的耐腐蚀性也有改善，这是由于密实性的提高和SiO 含量的增加，有效地阻止了酸离子的侵入和腐蚀作用。另外，由于硅粉比电阻很高(1．2×1OnQ·cm)，所以混凝土比电阻可提高1．9—1．6倍，有利于保护钢筋和埋设件。目前这些技术已在港口堤岸、水电站堤坝、飞机场跑道、越江隧道、多层厂房的防渗耐油地坪等工程中得到实际应用，上海市延安中路黄浦江越江隧道等特殊工程中。

2 在水工抗磨蚀材料中的应用
南京水利科学研究院用硅粉作为添加剂配制的“硅粉砂浆”已用于葛洲坝水闸修补工程中，结果表明，“硅粉砂浆”具有以下优良性能：
1)“硅粉砂浆”具有优越的抗冲磨性能，与600号普通水泥相比，抗冲磨性能提高60％～ 150％。
2)“硅粉砂浆”显着提高了砂浆的密实性，砂浆吸水率降低到普通水泥的20 ～30％而抗渗能力大大提高，能有效地阻止有害离子的侵入，从而提高了砂浆的耐久性。
3)“硅粉砂浆”的抗压强度比普通砂浆提高45 ～66％，抗拉强度提高7％～20 ，较高强度可达11600N／cm ，“硅粉砂浆”还能促进水泥水化，提高早强。

3 作返回炉料
美国曾提出以球团形式作为电炉冶炼原料．球团的料比为每453．6kg硅石配22．7—113．4kg硅粉，制成球团，球的较大尺寸为1 9-一25ram。硅粉成球的方法多用传统的圆盘成球机，挪威、日本等国都有报道，用纸浆废液、硅酸钠、NaCI、碱或碱土金属氢氧化物等水溶液或净水作粘结剂，球团中含水率为zo％，干球密度(O．72一O．75)×10 kg／m。，在空气中经一昼夜干燥，球团即可获得足够的机械强度。经电炉冶炼证明，加入较大量的球团时，炉子运行正常。挪威埃肯公司用水调和成1O一15mm球团，在竖炉中8OO一12OO’C烧结，不会爆裂且有足够强度，可返回作冶炼原料。前苏联将它用纸浆废液作粘结剂，按3O 比例加入电炉使用，效果良好。

4 在耐火烧注料中的应用
低水泥浇注料是7O年代发展起来的一种新型耐高温耐火注料，首先由法国研制成功。
1983年美国通用耐火材料公司将低水泥浇注料用于高炉出铁沟内衬，使用寿命是原普通浇注料的3倍。
低水泥浇注料主要是配入了硅粉和高效减水剂，可以节约铝酸盐水泥5O ～7O％，冶金部建筑研究总院对低水泥浇注料的试验结果见表3。与普通浇注料相比，低水泥浇注料在气孔率、强度、耐火度等方面都有所提高。
表3 低水泥浇注料和普通浇注料性能的对比

5 在化学工业中的应用
早在几年前有人研究硅粉在制造泡花碱(水玻璃)中的应用取得成功。目前大都采用石英砂制造泡花碱，其模数不大于3．5，而使用硅粉制泡花碱，既可免去破碎、研磨石英砂对工人的危害，又可简化工艺、节约能源，并能制造出模数大于4的泡花碱，新工艺的基本原理如下：

低模数泡花碱 硅粉m+n>4

高模数的泡花碱为中性，可广泛应用于高温喷涂、铸钠、炉衬等方面。

6 在橡胶工业中的应用
据前苏联文献报道，硅粉可作为制取橡胶、树脂的矿物原料，含有硅粉填料的橡胶，其相对延伸率、拉撕裂强度和抗老化性能均得到改善。
7 其他用途
硅粉与KOH或K：CO 混合加热可制成缓效浓肥硅酸钾，它不易流失，能促进作物根部发育，抑制病虫害。硅粉还可用作化肥防结块剂。另外，前苏联还利用硅粉作硅酸盐砖，当硅粉配入7 时，砖的标号可达M25O—M300。
硅微粉原料的加工和提纯
硅微粉目前已经在电子工业塑封料、电器工业浇注料、玻璃纤维工业、硅橡胶、化工、高级陶瓷、特种耐火材料等领域应用，随着**产业的发展，硅微粉用途越来越广，用量越来越大。
国内目前生产的主要是角形结晶硅微粉和角形熔融硅微粉，虽然能满足国内市场的需求，也有部分出口，但大部分产品档次较低。国内市场需求的高档硅微粉如球形硅微粉、**细硅微粉仍依赖国外进口。
在玻璃纤维工业，硅微粉基本上可满足生产要求，随着新建玻璃纤维工厂的投产，需求量将进一步扩大。
随着我国半导体集成电路与电子器件以及电工器件的发展，对硅微粉的需求量将越来越大。对于未来巨大的市场需求，必须提高硅质原料质量，提高硅微粉生产技术水平，加强生产过程的测试和控制，从而提高硅微粉产品质量；根据市场需求，生产适合各领域质量要求的各种规格的硅微粉，以满足国内外市场的需求。
随着我国微电子工业与**飞速发展，高纯、**细和球形化硅微粉的需求量每年都在以20％的比例递增。但国内的硅微粉生产企业由于受技术与资金限制，缺乏**设备、缺乏对工艺流程的监测与控制、加之生产环境恶劣，因而造成产品质量不高，且不稳定，真正意义上的球形硅微粉和纳米Si02的生产还几乎处于空白状态。同时，硅微粉广阔的潜在市场亟待开发。可谓硅微粉行业商机无限。
硅微粉原料的选矿提纯
我国的硅质原料资源丰富，有水晶、半透明及乳白色脉石英、变质石英岩、沉积石英砂岩、海相沉积石英砂、河湖相沉积石英砂、粉石英等类型。随着硅质原料被大量开发利用，高品质的硅质原料逐渐减少；为了满足产量逐年提高的硅微粉用原材料的要求，部分硅质原料必须经过选矿提纯达到质量标准后，才用来加工硅微粉。
选矿提纯一般是将杂质含量较高的硅质原料经过破碎、筛分、磨矿，使二氧化硅与杂质充分解离，经过磁选、浮选除去杂质；再用酸洗方法，使杂质进一步降低，然后用清水洗去酸液，再用去离子水洗去颗粒表面吸附的残余杂质离子，使原料达到或**硅微粉的化学指标；干燥后成为加工硅微粉的原材料。
我国加工玻璃用硅砂而产生的质量较高的细粉和南方的粉石英，均可作为硅微粉的原材料。在实际生产中，根据要求的质量进行提纯。或是经过浮选、磁选除杂质，或是经过水洗分级除杂质，或是经过酸洗除杂质，干燥后，作为硅微粉的原材料。如质量较好的粉石英，开采出来后，经水洗分级除去粗颗粒和杂质，细粒级干燥后可作为生产无碱玻璃纤维原料。
熔融硅微粉原料的加工
熔融硅微粉又称无定形硅微粉或非晶态硅微粉。用破碎、研磨和分级方法生产的熔融硅微粉其原材料是熔炼石英。熔炼石英生产工艺：先将硅质原料破碎到10～20mm的小块料，采用堆积酸浸法，除去表面杂质，再用清水洗净后干燥。将清洁、干燥的小块料投入熔炼石英炉中，接通硅碳棒电源；经过高温(1 800～2 000℃)熔炼约10h后，出炉急冷破碎，经手选，再经纯化酸洗、脱酸、去离子水清洗，干燥后成为无定形硅微粉的原材料。值得注意的是硅质原料中如果含有较高的液体或气体包裹体，则不宜用来作为熔炼石英的原料。