硅粉

　　硅粉（Microsilica 或 Silica Fume），也叫微硅粉，學名“硅灰”，又叫硅灰，是工業電爐在高溫熔煉工業硅及硅鐵的過程中，隨廢氣逸出的煙塵經特殊的捕集裝置收集處理而成。
　　硅粉的研究始于斯堪的納維亞國家，盡管20世紀50年代人們對硅粉作用就有所認識和初步的研究，但應用于實際工程中是從70年代開始的，首先是挪威和瑞典等國家在港口碼頭、北海油田及地下礦井中部分采用了硅粉混凝土，1982 年，挪威在伏諾維斯壩上正式采用了硅粉混凝土筑壩， 20世紀80 年代初加拿大在魁北克建立了硅粉混凝土，并對大體積硅粉混凝土進行試驗研究，拌制高標號混凝土1 萬立方米，1983年美國用硅粉混凝土修補了奧里夫尼河上的卡查壩消力池，效果良好。世界上其它國家也都加緊研究和應用。而我國對硅粉的研究歷史不長，僅僅10多年時間，1985年水電部東勘院科研所和水電部第十工程局首次在四川漁子溪二級電站中試用了硅粉混凝土，在廠房混凝土中摻硅粉3 %～7 %，以提高早期強度，加快模板周轉，達到預期效果，另外，在引水隧洞噴射混凝土中，摻硅粉715 %，以減少混凝土的回彈量，南科院在大伙房水庫工程、龍羊峽泄水建筑物和葛洲壩泄水閘修補等工程中都采用了硅粉混凝土，效果較好，水科院對硅粉混凝土的耐久性能及硅粉水泥水藻灌漿材料進行了一些研究，并在二灘水電站基礎固結灌漿中，潘家大壩溢流面修復工程、安康及四川秋達電站導流泄洪洞修補等工程中使用了硅粉混凝土，硅粉水泥灌漿。所有這些，說明硅粉混凝土作為一種高性能混凝土在工程中的應用日顯重要，所以對其性能特別是其強度與耐久性的研究也倍受關注。
　　配合比
　　對于硅粉混凝土的配合比設計，主要是根據設計要求， 確定硅粉的摻入方法，硅粉的最佳摻量，減水劑的最優摻量及砂石料調整，而其它則按普通混凝土設計方法進行。
　　a） 硅粉的摻入方法：硅粉在混凝土中一般有兩種方法： 一是內摻，二是外摻，都要與減水劑配合使用。內摻法往往用硅粉代替水泥，又分等量代替和部分等量代替兩種，等量代替為硅粉摻量代替相等的水泥，部分代替為1 kg 硅粉代替1～3 kg 水泥，作為研究一般摻量為5 %～30 % ，水灰比一般保持不變：而外摻法指的是硅粉像外加劑那樣摻在混凝土中，而水泥用量不減少，摻量一般為5 %～10 % ，一般外摻法而得的混凝土的力學性能要高得多，但增加了混凝土中膠凝材料用量。
　　b） 硅粉的最佳摻量：硅粉在混凝土中摻量太少，對混凝土性能改善不大，但是摻量太多，則混凝土太粘，不易施工，且干縮變形大，抗凍性差，因此，摻硅粉時，應找出最優摻量才能獲得最佳結果。一般情況下，摻量在10%以內效果較為滿意。硅粉的合適摻量一般根據所用硅粉，水泥種類和骨料性質，選擇幾個硅粉摻量，如3、5、7、10%等，成型混凝土試件，繪制R－SF（強度－硅粉摻量）曲線確定。值得注意的是硅粉價格較高，在確定硅粉的最佳摻量時，也要考慮技術經濟指標。
　　c） 減水劑的最佳摻量：在混凝土中使用硅粉，如不摻減水劑，想保持相同的流動度，則必然要增加用水量、水灰比增加，摻硅粉的混凝土強度也上不去，這也是過去硅粉在混凝土中未推廣使用的原因。硅粉與減水劑聯合使用摻用硅粉水灰比不變，即用水量不增加，也能達到與未摻硅粉的混凝土具有相同的流動度且硅粉混凝土強度等性能得到大幅度提高，一般國內較多采用萘系高效減水劑，如建1、H、DH3、FDN、NF、N2B 等，其摻量一般為膠材用量的1 %以內，有時為了減小水灰比，拌制超高強混凝土，減水劑摻量達2 %～ 3 %。
　　d） 砂石料用量調整：內摻硅粉一般對砂石用量不必調整。外摻硅粉要扣掉與硅粉體積相等的砂石體積。
　　強度影響
　　盡管應用純水泥可以制成抗壓強度高達100 MPa 的HPC ，但當使用硅粉時將容易得多。而對于制備強度超過100 MPa 的混凝土，硅粉的使用幾乎不可缺少。硅粉在混凝土中同時起填充材料和火山灰材料使用。使用硅粉后，大大降低了水化漿體中的孔隙尺寸，改善了孔隙尺寸分布，于是使強度提高，滲透性降低。例如，研究結果表明（CEB2FIP1988） ， 為獲得70 MPa 的混凝土強度，應用純水泥需要水膠比0.35 ， 而當加8 %的硅粉時，水膠比可以為0.50。由于硅粉顆粒非常細，它們可以在很早的幾個小時內發生火山灰反應。根據Carette 和Malhotra 1992） 的報導，硅粉對混凝土強度的貢獻主要在28d 之前。所以，就長期強度增長方面，一般認為硅粉混凝土不如純水泥混凝土或粉煤灰混凝土。Almad （1994） 引用的硅粉對NSC 強度發展的試驗結果表明，硅粉摻量增加使得早期相對強度發展降低，Sandvik 1992 在65 MPa 的混凝土中也發現了這種現象。
　　然而，盡管在相同的水膠比下硅粉混凝土的早期相對強度發展比純水泥混凝土的慢，由于加入硅粉使得強度大大提高，硅粉混凝土的絕對強度則比純水泥混凝土的高。另一方面，經驗表明，HPC 的早期強度發展比NSC 的快，雖然HPC的凝結時間可能稍有推遲，其凝結之后的水化作用會由于高效減水劑和硅粉大大加快。其結果通常是凝結之后強度發展非常快。
　　對于某些空氣中干燥或養護的很低水膠比的硅粉混凝土試件，有抗壓強度倒縮的報導（De Larrard 和Aiticin 1993） 。這種強度降低通常發生在90 d 齡期之后，一般認為是由內部自干燥及干燥裂縫引起的。然而，許多其他研究人員的試驗室及現場研究表明，HPC 的后期強度沒有降低。例如，從6 種不同的HPC 中取得的3 個月至3 年齡期的所有鉆芯試樣試驗結果表明，其強度在不斷增長。當然，與NSC 比較， HPC 的長期強度增長潛力較小。
　　耐久影響
　　混凝土的耐久性包括了混凝土的抗凍性、抗滲性、抗化學侵蝕性，抗鋼筋侵蝕能力和抗沖磨性能，在此僅談談它對混凝土的抗凍性、抗滲性及抗化學侵蝕性的影響。
　　a） 抗凍性：當硅粉摻量少時，硅粉混凝土的抗凍性與普通混凝土基本相同，當硅粉摻量超過15 %時，它的抗凍性較差。通過大量的試驗，這種觀點基本上被證實了，主要原因是當硅粉超過15 %時，混凝土膨脹量增大，相對動彈性模數降低，抗壓強度急劇下降，從混凝土內部方面特征看，比表面積小，間距系數大。
　　b） 抗滲性：由于硅粉顆粒小，比水泥顆粒小20～100 倍， 可以充填到水泥顆粒中間的空隙中，使混凝土密實，同時硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中滲透通道，故硅粉混凝土的抗滲能力很強，混凝土的滲透性隨水膠比的增加而增大，這是因為水灰比混凝土的密實性相對差些。
　　c） 抗化學侵蝕性：在混凝土中摻入硅粉，能減少Ca （OH） 2 含量，增加混凝土密實性，有效提高弱酸腐蝕能力，但在強酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的CSH 在酸中分解，另外，它還能抗鹽類腐蝕，尤其是對氯鹽及硫酸鹽類，它之所以能抗酸鹽侵蝕，原因是硅粉混凝土較密實，孔結構得到改善， 從而減少了有害離子傳遞速度及減少了可溶性的Ca （OH） 2 和鈣礬石（3CaO·Al2O3·3CaSO4 ·32H2 ） 的生成，而增加了水化硅酸鈣晶體的結果。
　　細度規格
　　國內、國際市場上所需硅粉的細度規格如下：
　　規格（2mm-10mm） 篩余量（重量）
　　500um-180um（30目-80目） +500um≤3% -180um≤10%
　　425um-150um（40目-100目） +425um≤5% -150um≤15%
　　250um-140um（60目-110目） +250um≤3% -140um≤10%
　　125um-74um（120目-200目） +125um≤3% -74um≤10%
　　-74um（-200目） +74um≤5%
　　-45um（325目） +45um≤5%
　　5um-1um（2500目-12500目） +5um≤5%
　　由于金屬硅是一種質硬易碎的物料，在粉磨過程中篩余物不能有效的控制，過粉磨現象嚴重，造成產品浪費大，生產成本高，產品粒徑不達標，致使產品沒有競爭力。
　　生產工藝
　　以硅塊為原料制取硅粉的方法很多。其中效果較好、應用較多的是雷蒙法，對輥法、盤磨法和沖旋法。所用設備相應是雷蒙法、對輥機、盤磨機（也稱立磨）和沖旋法。就制粉原理看，前三種是擠壓粉碎，后一種是沖擊粉碎，就其結構看，相異很大，各有特色，各有優缺點。
　　生產工藝以硅塊為原料制取硅粉的方法很多。其中效果較好、應用較多的是雷蒙法，對輥法、盤磨法和沖旋法。所用設備相應是雷蒙法、對輥機、盤磨機（也稱立磨）和沖旋法。就制粉原理看，前三種是擠壓粉碎，后一種是沖擊粉碎，就其結構看，相異很大，各有特色，各有優缺點。
　　產品辨析目前國內大部分生產硅微粉與微硅粉的廠商對二者的概念混為一談，僅從字面意思上理解，把二者看做是一種產品。事實上，硅微粉與微硅粉有著很大的差別，正是由于二者概念的不清楚，給中國的硅微粉與微硅粉市場造成了混亂，導致很多貿易洽談失誤，微硅粉市場價格遠低于國際市場，也給中國硅微粉與微硅粉市場的國際聲譽帶來了較大負面影響。 隨著國外對硅微粉與微硅粉認識的的不斷深入，硅微粉與微硅粉得到了廣泛的使用，其商業優勢和廣泛的市場空間逐漸突顯了出來。為了區分二者之間的關系，澄清市場的混亂狀態，減少企業的損失，筆者將從外觀、性能、生產流程、用途、指標、市場現狀等各方面對這兩種產品做具體的分析。
　　一
　　當前來說，世界上只有中國、美國、德國等少數國家具備硅微粉生產能力，中國硅微粉的市場主要還是在國內，集中在安徽鳳陽，浙江湖州，江蘇連云港等地，出口量相對來說比較小，多出口韓國和日本，國內生產硅微粉的較大企業有安徽伊納高新技術有限公司和東海硅微粉廠，每月產量都在1000噸以上。太陽能產業的加速又促使硅微粉的市場需求迅猛增長，硅微粉呈現出供不應求的局面。據有關資料顯示，國內生產太陽能光電轉換器用硅微粉的廠家達170多家，其中上海占40家左右，因此，硅微粉在國內有很大的市場需求和潛力。 微硅粉的市場多集中在國外，國外對微硅粉的研究已經有幾十年了，對微硅粉研究比較系統，不少國家成立了相應的研究機構，建立了相應的生產廠，美國1983年在修補Kinzua壩消力池一項工程中使用微硅粉混凝土就節省了幾千萬美元。 而微硅粉在中國還屬于一中粗放型的工業副產品，大多數工業硅生產每3噸工業硅可回收1噸位微硅粉。以前大部分企業對微硅粉的回收都不夠重視，一些規模較大的企業回收回來的微硅粉，僅僅是堆放在一邊，沒有發現其中的價值和效益，而且這些回收回來的微硅粉硅含量大多數都不達標，國內的企業受其質量的影響，大都不敢輕易購買這些產品，中國的微硅粉市場還呈現一種無序的狀態，市場還有待于進一步的開發。國外在微硅粉的使用中已經獲取了巨大的經濟利益。如挪威的埃肯每年都會從中國以低價收購大量的微硅粉，西北鐵合金等國內大部分鐵合金廠家的微硅粉每年都被埃肯公司收購，在國內進行加工后高價賣到國內的建筑、水泥、化肥等領域，其中利潤不菲，埃肯公司年銷售微硅粉達25萬噸，稱得上是微硅粉行業的絕對領先者。而國內專門做微硅粉的企業甚少，產量較大的還是西北地區的幾家大的鐵合金企業，環保設備達標，回收回來的微硅粉硅含量比較高，而上海天愷硅粉有限公司是一家的微硅粉是目前國內自己的品牌，已經在行業中有了一定的影響。 國內微硅粉的市場還沒有充分開發，所以說還有很大的市場空間。但是微硅粉的資源也是有限的，隨著國家對環保力度的加強，在強行規定硅鐵合金和工業硅生產廠家安裝環保除塵設備的同時出現抑制高耗能產業過度發展的政策，微硅粉的資源會越來越豐富。因此，各商家在面對相關優惠政策的取消的同時，應該主動尋找因回收煙塵而帶來的微硅粉市場收益。如今影響微硅粉價格的主要原因還是集中在回收設備的成本，電力耗損，以及其物理特性所帶來的包裝選擇，是否加密及運輸成本。微硅粉的深層次的研究、開發與利用關乎中國工業煙塵回收環保產業發展的未來。 總之，在加強微硅粉再利用的認識同時，各商家也應該更主動地尋找商機，增強整個微硅粉市場地活力使其增溫。
　　二
　　硅微粉是由天然石英（SiO2）或熔融石英（天然石英經高溫熔融、冷卻后的非晶態SiO2）經破碎、球磨（或振動、氣流磨）、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成的微粉。 微硅粉也叫硅灰或稱凝聚硅灰，也有人叫硅粉。是鐵合金在冶煉硅鐵和工業硅（金屬硅）時，礦熱電爐內產生出大量揮發性很強的SiO2和Si氣體，氣體排放后與空氣迅速氧化冷凝沉淀而成。它是大工業冶煉中的副產物，整個過程需要用除塵環保設備進行回收，因為質量比較輕，還需要用加密設備進行加密。 在實際的交易過程中，許多廠商都把硅微粉當做微硅粉，但是由于二者有著本質的區別，所以在交易過程中往往會產生偏差，使得廠家提供的產品指標和需求方的指標參數存在很大差異。
　　三
　　從外觀上來說硅微粉與微硅粉基本也是比較容易辨別的，硅微粉其質純、色白、顆粒均衡，是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料；根據硅石原料、還原劑或爐況的不同，絕大多數微硅粉呈灰色或深灰色 。在形成過程中， 因相變的過程中受表面張力的作用，形成了非結晶相無定形圓球狀顆粒，且表面較為光滑，有些則是多個圓球顆粒粘在一起的團聚體。白色微硅粉較為罕見，過去一直沒有合適的市場定位，上海天愷特種材料公司曾經推出白色微硅粉，成功應用于復合化肥、農藥（作為吸附劑，或者生產硅肥）、涂料、油漆（作為增稠劑、抗沉劑）、橡膠（作為補強劑）、塑料（作為填充劑）、特種陶瓷，可替代白炭黑，但是數量是比較有限的。
　　四
　　從硅微粉與微硅粉性能或作用上硅業在線是這么劃分的：硅微粉概括的說具備耐溫性好、耐酸堿腐蝕、導熱性差、高絕緣、低膨脹、化學性能穩定、硬度大等優良的性能。根據其用途硅微粉分為以下幾類：普通硅微粉、電工級硅微粉、電子級硅微粉系列、熔融石英硅微粉、超細石英硅微粉、.納米硅微粉。
　　各種硅微粉的具體用途如下：
　　1．通硅微粉，主要用途用于環氧樹脂澆注料、灌封料、電焊條保護層、金屬鑄造、陶瓷、硅橡膠、涂料及其它化工行業。
　　2．電工級硅微粉，主要用途用于普通電器件的絕緣澆注，高壓電器的絕緣澆注，APG工藝注射料，環氧灌封料，高檔陶瓷釉料等。
　　3．電子級硅微粉，主要用途主要用于集成電路、電子元件的塑封料和包裝料。
　　4．熔融石英微粉，熔融石英微粉（WG）所用原料是天然石英經經高溫熔煉，冷卻后的非晶態SiO2，經多道工藝加工而成的微粉。該產品純度高，具有熱膨脹系數小，內應力低，高耐濕性，低放射性等優良特性。用于大規模及超大規模集成電路用塑封料，環氧澆注料，灌封料，及其它化工領域。
　　5．超細石英微粉，主要用途 主要用于涂料，油漆，工程塑料，粘合劑，奎 橡膠，精密鑄造高級陶瓷。
　　6．納米SiOx，納米SiOx作為納米材料中的重要一員，主要應用于電子封裝材料、高分子復合材料、塑料、涂料、橡膠、顏料、陶瓷、膠粘劑、玻璃鋼、藥物載體、化妝品及抗菌材料等領域，已經成為傳統產品的提檔升級換代的新型材料。
　　而微硅粉的作用主要作用有如下幾個方面：
　　1．用于砂漿與砼中：高層建筑物、海港碼頭、水庫大壩、水利涵閘、鐵路公橋梁、地鐵、隧道、機場跑道、砼路面以及煤礦巷道錨噴加固等。
　　2．材料工業中：高檔高性能低水泥耐火澆注料及預制件，使用壽命是普通澆注料的三倍，耐火度提高約100℃，高溫強度及抗熱震性能都明顯改善；已普遍應用于：焦爐、煉鐵、煉鋼、軋鋼、有色金屬、玻璃、陶瓷及發電等行業；大型鐵溝及鋼包料、透氣磚、涂抹修補料等；自流型耐火澆注材料及干濕法噴射施工應用；氧化物結合碳化硅制品（陶瓷窯窯具、隔焰板等）；高溫型硅酸鈣輕質隔熱材料；電瓷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；賽隆結合制品；除在澆注型耐火材料中普遍使用之外，在電熔和燒結型耐火材料亦獲得大量應用。
　　3．新型墻體材料、飾面材料：1墻體保溫用聚合物砂漿、保溫砂漿、界 面劑。
　　4．水泥基聚合物防水材料。
　　5．輕骨料保溫節能砼及制品。
　　6．內外墻建筑用膩子粉加工。
　　7．其他用途：
　　① 硅酸鹽磚原料。
　　② 生產水玻璃。
　　③ 用做有機化合物的補強材料。因其成份與氣相法生產的白炭黑相近。可以用在橡膠、樹脂、涂料、油漆、不飽合聚酯等高分子材料中用作填充補強材料。
　　④ 化肥行業中用作防結塊劑。
　　五
　　從指標上來說，二者有很多相同之處，也有很多不同之處。具體來說，硅微粉與微硅粉的化學成分基本上是相同的，主要成分都是二氧化硅，而且雜質里都含有氧化鈉、氧化鈣，氧化鎂，氧化鐵，氧化鋁等。只不過硅微粉的含硅量比較高，基本都在99%以上，而微硅粉的含硅量一般都在80-92%,94%以上都屬于很不常見的。
　　從粒度上來說，硅微粉由天然石英加工而成的，粒度比較大，有200目，300目，400目、500目、600目、800目、1000目、1250目、3000目、5000目等是一種粉狀態。而微硅粉的細度小于1μm的占80%以上，平均粒徑在 0.1-0.3μm ，是一種灰狀態。
　　在實際的貿易中，硅微粉的價格與目數有關，目數越大價格越高，當前市場上硅微粉出廠價格200目500元/噸，325目600元/噸，400目750元/噸，500目950元/噸，600目1200元/噸，800目1500元/噸，1000目2200元/噸，1250目2600元/噸，3000目6200元/噸，4000目8400元/噸；微硅粉的價格與硅含量和水分、燒矢度有關，一般來說硅含量為85%的微硅粉出廠價格為1700元/噸左右，天津港FOB價格在180美元/左右。
　　從市場方面來說，微硅粉的潛在市場要比硅微粉要大，國內微硅粉的市場還有很大的開發空間。從以上我們可以看出硅微粉與微硅粉有著本質的區別，性質不同決定著二者用途的不同，在以后的商業貿易中，還要分清二者的概念和區別，以提高貿易的成功率。