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(duì)微硅粉在國(guó)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(duì)微硅粉市場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)研，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)預(yù)測(cè)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（silica fume、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(chǎng)上銷售的微硅粉，一部分是冶煉煙氣經(jīng)過收塵器收集后直接銷售的硅灰，也有一部分是冶煉煙氣經(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0.15－0.20μm，比表面積為15000－20000m2/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，比表面積大，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)為是一種寶貴資源，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)、電話調(diào)查、與企業(yè)座談等途徑，對(duì)微硅粉應(yīng)用及市場(chǎng)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(guó)微硅粉深度研究和開發(fā)應(yīng)用，縮小和優(yōu)勢(shì)國(guó)家的差距，增強(qiáng)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。

1微硅粉在國(guó)外的應(yīng)用情況

　　早在1947年挪威?？瞎荆‥lkem ASA）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(guó)、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(guó)。目前，微硅粉年生產(chǎn)量為：美國(guó)30萬噸，俄羅斯15萬噸，挪威12萬噸，日本7萬噸。國(guó)外以微硅粉為主可開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域有：

　　1.1混凝土工業(yè)的高強(qiáng)摻和劑

　　微硅粉作為摻和劑應(yīng)用于混凝土工業(yè)是國(guó)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、比表面積大、SiO2純度高、火山灰活性強(qiáng)等物理化學(xué)特點(diǎn)，把微硅粉作為摻和劑加入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(chǎng)合，微硅粉作為摻和料配制高強(qiáng)混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)可以達(dá)到100 MPa。國(guó)外許多重要的高層建筑物，如美國(guó)南瓦克大廈和德國(guó)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。在發(fā)達(dá)國(guó)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，連接丹麥與瑞典的厄勒（ORESUND）海峽大橋，美國(guó)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(guó)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。

1.2用于耐火材料的添加劑

　　日本每年通過?？瞎?，從中國(guó)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)。

　　1.3用作冶金球團(tuán)助劑

　　美國(guó)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，加入較大量的球團(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100m3的微硅粉用水調(diào)和制成1－5cm直徑的球團(tuán)后不用干燥直接返回電爐進(jìn)行冶煉試驗(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%比例加入電爐使用。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)窯中加氧化劑或還原劑，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，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(guó)、俄羅斯、挪威等國(guó)均有微硅粉造球?qū)＠椭魄蛟O(shè)備。

　　1.4應(yīng)用于水泥做摻和材料

　　作水泥原料：挪威、冰島、加拿大等國(guó)家的鐵合金廠收回的部分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(guó)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(chǎng)。加拿大也制訂了混合水泥的標(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(duì)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，還可以代替部分金屬制品。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。

　　1.5用作化工產(chǎn)品的分散隔離劑

　　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(guó)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(guó)Borax、蘇格蘭METHIL DOCKS化肥廠。

　　1.6其他方面

　　國(guó)外一些廠家對(duì)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)，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)肥和改良土壤品種，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。