微硅粉在國內(nèi)外的應(yīng)用概述

1、微硅粉在國內(nèi)外的應(yīng)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(nèi)外的回收和在混凝土、耐火材料、水泥生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用情況進(jìn)行了概述并對微硅粉市場進(jìn)行了調(diào)研，在此根底上進(jìn)行了國內(nèi)外的市場預(yù)測和前景展望。關(guān)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(zhì)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(yùn)行情況等都會(huì)造成成分波動(dòng)。由于微硅粉中二氧化硅屬無定型物質(zhì)，活性高，顆粒細(xì)小，比外表積大，具有優(yōu)良的理化性能,過去被認(rèn)為是一種工業(yè)廢棄物，現(xiàn)在越來越多地被認(rèn)為是一種珍貴資源，一種無需經(jīng)過粉碎加工、廉價(jià)的超微粉體?？梢詮V泛應(yīng)用在特殊工程中使用的混凝土、耐火材料、水泥等重要領(lǐng)域。我們通過各種信息資源包括論文、網(wǎng)絡(luò)、 調(diào)查、與企業(yè)座談等途徑，對微硅粉應(yīng)用及市場情況進(jìn)行了調(diào)研，本文就調(diào)研結(jié)果進(jìn)行綜述，希望以此推進(jìn)我國微硅粉深度研究和開發(fā)應(yīng)用，縮小和優(yōu)

3、勢國家的差距，增強(qiáng)在國際上的競爭力。1微硅粉在國外的應(yīng)用情況早在1947年挪威?？瞎?ElkemASA)就開始進(jìn)行微硅粉的生產(chǎn)技術(shù)、粉塵處理、分級(jí)和應(yīng)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(shù)上保持領(lǐng)先地位。隨后,美國、俄羅斯、日本也開始進(jìn)行研發(fā)應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域有:微硅粉作為摻和劑應(yīng)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(yīng)用最廣的一個(gè)領(lǐng)域。由于微硅粉具有顆粒細(xì)小、比外表積大、SiO2純度高、火山灰活性強(qiáng)等物理化學(xué)特

4、點(diǎn)，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(jià)。在需要特殊高強(qiáng)度混凝土的場合，微硅粉作為摻和料配制高強(qiáng)混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)可以到達(dá)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(qiáng)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(tái)、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(tái)，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(jìn)水閘、遂洞、主廠房下部結(jié)構(gòu)等。微硅粉混凝土用于公路路面和飛機(jī)跑道中，可以大大提高混凝土早期強(qiáng)度和耐磨性能，在公路路面的維護(hù)和搶修中，可以提前通車時(shí)間，增加經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(bào)告來看，優(yōu)質(zhì)微硅粉主要被用作高性能耐火澆注料、預(yù)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(shù)研究所的提交的研究報(bào)告，在高溫陶瓷領(lǐng)域，如:氧化物結(jié)合碳化硅制品，高溫型硅酸鈣輕質(zhì)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(jié)合制品等，微硅粉的使用具有高流動(dòng)性、低蓄水量、高致密度和高強(qiáng)度等特點(diǎn)。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(tuán)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(tuán)時(shí)，爐子運(yùn)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(diào)和制成1-5cm直徑的球團(tuán)后不用枯燥直接返回電爐進(jìn)行冶煉試

7、驗(yàn)，在豎爐中800-1200溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后的球團(tuán)不存在爆裂和不適應(yīng)的問題，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，而且，由于不另加粘結(jié)劑，球團(tuán)中雜質(zhì)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(jié)劑制球，球團(tuán)強(qiáng)度可經(jīng)倒運(yùn)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(tuán)粘結(jié)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(jìn)行了試驗(yàn)和研究，將其在回轉(zhuǎn)窯中加氧化劑或復(fù)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(shí)將其形成球團(tuán)。球團(tuán)中的有害物質(zhì)酚和氰化物及瀝青之類的含碳物質(zhì)都被除掉，

8、處理后的球團(tuán)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?qū)＠椭魄蛟O(shè)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(bào)導(dǎo)。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(zhì)量，窯的生產(chǎn)能力提高10-20%水泥養(yǎng)護(hù)28天后，抗壓強(qiáng)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(yīng)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(jìn)入市場。加拿大也制訂了混合

9、水泥的標(biāo)準(zhǔn)，混合水泥要求微硅粉摻入量在10%以內(nèi)，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(huì)社從丹麥迪西脫(DENSIT)公司引進(jìn)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(qiáng)度比普通混凝土增強(qiáng)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(jī)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(hù)隔離材料。為了防止某些化工合成粉體結(jié)塊，曾經(jīng)采用云母進(jìn)行包覆處理，造價(jià)較高。應(yīng)用微硅粉可以取代較貴的處理材料，但要準(zhǔn)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(yīng)用效果很好。這種分散隔離劑廣泛用于微細(xì)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(zhì)合金產(chǎn)生的大量微硅粉不斷進(jìn)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(qiáng)度、吸水性相當(dāng)于M200牌號(hào)磚，如將微硅粉配加量增至7%時(shí)，

11、磚的牌號(hào)增至M250-300號(hào)，這批試驗(yàn)性磚的其他指標(biāo)均符合俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(hù)土壤，促進(jìn)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(zhì)，可以增強(qiáng)土壤的肥力。2微硅粉在我國的應(yīng)用我國對微硅粉的應(yīng)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(jià)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(dá)標(biāo)，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(qiáng)了對污染企業(yè)的管理，特別是國內(nèi)對高強(qiáng)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(shè)備，并開發(fā)、引進(jìn)了加密技術(shù)。我國微硅粉產(chǎn)品開展很迅速，在該領(lǐng)域與國外的差距正在縮小。高強(qiáng)度混凝土、微硅粉噴射混凝土、復(fù)合增強(qiáng)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(jí)或省、市級(jí)技術(shù)鑒定，并已在許多工程中應(yīng)用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。有的應(yīng)用技術(shù)已接近或到達(dá)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(zhì)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(jì)，2004年我國微

13、硅粉產(chǎn)量到達(dá)12萬噸以上，其中大局部含SiO2為90%以下品級(jí)。我國微硅粉的主要用途也是在混凝土和耐火材料領(lǐng)域。微硅粉混凝土已應(yīng)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(yīng)用于葛洲壩水閘的修補(bǔ)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(qiáng)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(tái)等微硅粉混凝土用于鐵路公

14、路，如國家重點(diǎn)工程青藏鐵路建設(shè)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(yīng)用于不定形局部。我國冶金部建筑研究總院自1985年開始進(jìn)行低水泥澆注料研究，1988年通過部級(jí)鑒定。它已在寶鋼、首鋼熱工設(shè)備上使用，有的已由國產(chǎn)材料代替了日本進(jìn)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(jìn)口澆注料，節(jié)約大量外匯用于首鋼250步進(jìn)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(yán)重的部位用于南京化學(xué)工業(yè)公司研究院的煤

15、氣發(fā)生爐爐襯，使用壽命到達(dá)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(jī)構(gòu)、產(chǎn)品開發(fā)機(jī)構(gòu)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(lǐng)域獲得應(yīng)用。另外，微硅粉在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也有進(jìn)展，如上海星火化工廠已將微硅粉應(yīng)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(jià)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(jià)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(zhì)含量越低，售價(jià)就越高。隨著

16、市場對微硅粉需求量的增大，價(jià)格有走高的趨勢。表1-表3是國際和國內(nèi)市場微硅粉的價(jià)格。表1國際市場局部口岸CIF市場價(jià)格主要規(guī)格參數(shù)包裝出口口岸參考價(jià)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(jià)格主要規(guī)格參數(shù)包裝出口口岸參考價(jià)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(jià)格主要規(guī)格參數(shù)包裝產(chǎn)地人民幣參考價(jià)格(元/噸)備注85%800公斤/袋內(nèi)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(nèi)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(yù)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，如挪威的埃肯公司，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(huì)將中國西北鐵合金等國內(nèi)大局部鐵合金廠家的微硅粉以低價(jià)大量收購，在國內(nèi)進(jìn)行加工后再高價(jià)賣到中國和國際市場上用于建筑、水泥、化肥等領(lǐng)域，年銷售微硅粉達(dá)25萬噸，利潤不菲。從有關(guān)資料的了解，國外微硅粉市場龐大，高質(zhì)量微硅粉應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但是高品質(zhì)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(jià)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(shí)際上是氣相白碳黑)，這種微硅粉的價(jià)格高達(dá)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(qiáng)度、高性能混凝土成為