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天兴硅业

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微硅粉的几大应用领域

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  1、混凝土工业中的应用

  掺微硅粉混凝土具有强度高、黏附与凝聚性能好和可增加成型厚度等特点。大跨度桥梁、海洋石油钻井平台等水利水电工程中,掺微硅粉混凝土可以改善其防渗性、防腐性和抗冲磨性。道路修建过程中,微硅粉可以较大程度上提高混凝土早期强度和耐磨性。

  CHOI等研究了微硅粉尘对快速硬化聚合物改性混凝土性能的影响。结果表明,混凝土的强度随着微硅粉含量的增加而提高,当含4%微硅粉时,强度达到最大值。MEMON等在无机矿物聚合物混凝土中掺入10%的微硅粉,结果发现混凝土的抗拉强度、抗压强度和弯曲强度分别提高了12.8%、6.9%和11.5%。KIM等研究表明,随着微硅粉的掺入,节能型混凝土的抗压和抗拉强度、弹性系数都逐渐增加。

  TANYILDIZI等证明了加入微硅粉能阻止高温下轻质混凝土抗张强度的降低。高慧婷等在混凝土中掺入微硅粉,有效提高了混凝土的抗渗、抗冲击、抗裂、耐磨、抗疲劳等性能。刘文深证明了掺微硅粉可以补偿桥梁混凝土的收缩,从而提高混凝土的致密性,强化其防裂和抗渗性能。关耀证明了微硅粉能较好地分散到预制箱梁混凝土的颗粒之间,增加混凝土的致密性。SHETTI等研究结果表明,随着掺入微硅粉含量的增加,早期熟化的混凝土在酸性介质中的损耗减少,在碱性介质中的损耗基本不变。

  微硅粉能提高混凝土的抗压、抗拉、抗冲击强度和耐磨性能。这是由于微硅粉不参与固化反应,提高了混凝土中各组分间的粘结强度和密实度,减弱了Ca(OH)2的危害。微硅粉与树脂易混合且不易团聚,能有效减少沉淀和分层。微硅粉尘能降低混凝土,的膨胀和收缩率,对混凝土有良好的绝缘性和抗电弧性能。一般而會,掺微硅粉的混凝土与多数酸碱不进行化学反应,增强混凝土的抗腐蚀性。

  2、作为水泥的掺和材料

  国外某些国家把微硅粉作为生产水泥的一种掺合料。加拿大要求掺微硅粉的水泥中,微硅粉中硅含量>85%,而烧损量<6%。另外,苏联、美国、日本等国也有将微硅粉作为掺和材料用于生产特种水泥。掺微硅粉的特种水泥能制作成强度是普通混凝土2~3倍的致密度混凝土,其具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、抗渗性、绝缘性、抗冻性及对氯离子的阻挡性能等。

  BHZAD等研究了水泥和微硅粉预制板对泥炭块地面工程性能的影响,利用有限元法分析了预制板和泥炭地面的应力分布,结果表明该预制板能显著提高软性泥炭地面的强度和承载能力。周敏等[和王秀红等在水泥中掺入微硅粉与聚丙烯纤维,结果表明掺入二者能增加水泥的强度、抗阻裂能力、密实性、耐久性,但水泥的吸水率和体积质量会降低。OZCAN等研究了膨润土、粉煤灰和微硅粉水泥浆料对基体分别在7、14、28d下的单轴抗压强度的影响,研究表明微硅粉是提高基体单轴抗压强度最有效的参数指标。

  水泥的强度随掺入微硅粉含量增加而显著増加,微硅粉能有效提高水泥的密实性和割线弹性模量,显著提高水泥的腐蚀阻力和蠕变性等,但水泥的吸水率和体积质量会降低。因此,将微硅粉掺入水泥时,要关注吸水率和体积质量降低的问题。

  3、在耐火材料行业中的应用

  微硅粉尘具有较高耐火度等优良性质,被广泛应用于耐火材料行业,主要用来制备高温陶瓷、钢包料、高温耐磨材料、透气砖、耐火浇注料等。王涛等在Al2O3和SiO2物质的量比为3:2.5、烧结温度1450℃条件下,使用微硅粉通过无压烧结和凝胶注模工艺制备出高纯多孔莫来石陶瓷,其抗压强度和气孔率分别为260.93MPa和21%。可见,微硅粉能提高耐火材料的流动性、体积密度和强度,改善耐火材料的凝聚性和高温性能,延长耐火材料的使用寿命,可实现硅铁和工业硅冶炼企业粉尘内部消化和清洁生产。

  4、在冶金球团中的应用

  北美有企业也将硅石和微硅粉混合造球矿作为电炉还原炼硅的原料,发现硅回收率正常,单位产品能耗不变。挪威的埃肯公司用水将微硅粉润湿、造块制成4cm左右的球团不需要焙烧、干燥等可直接进行电炉还原熔炼。球团也可进行高温烧结,烧结过程中没有爆裂等问题,产品烧结矿强度较高。俄罗斯有企业将微硅粉和纸浆废液混合制成球团,进行电炉还原熔炼,生产证明由于该球团比普通料的强度大,在运输过程中不容易破碎。北欧某铬铁企业将电炉炼硅湿法回收的微硅粉料浆作为返回硅源,与铬矿混合造球,生产表明微桂粉能增强铬矿球团的黏结性。

  在冶金行业,多数企业将微硅粉作为一种返回料使用。这虽然可以减少微硅粉造成的环境污染,但没有将微硅粉神奇的性能充分利用,这是一种粗放式的应用,在冶金方面利用时,应更多关注其高附加值利用。

  5、在化工、复合材料等方面的应用

  5.1制备纳米白炭黑(纳米SiO2)

  目前我国微硅粉市场价格为1200~1500元/t,而白炭黑的市场价格为3500~35000元/t,如何把微硅粉高效低廉地转化成白炭黑已成为研究热点。

  张德懿等以低品位微硅粉为硅源,通过“酸浸提纯一HF酸溶解一水解一干燥”工艺制备出品位大于97%的纳米SiO2,其BET比表面积和平均粒径分别为210m2/g和90nm。裴新意等把微硅粉加入生石灰中煅烧后酸浸制备白炭黑,制备出纯度99.9%、平均粒径11.15μm、白度为96的白炭黑。朱慧仙等以微硅粉和氧化钙为原料,经混酸加HF除铁、高温煅烧和水溶等步骤制备出稳定性良好的酸性硅溶胶。杨振伟以品位为93.05%的微硅粉为原料,经600℃灼烧除碳、盐酸酸洗初步除杂、HF溶解玻璃态外壳除杂、HC1和H2SO4两步循环酸浸除杂、干燥等步骤制备出纯度为98.3%的球形纳米SiO2。王小菊以微硅粉为主要原料,通过酸洗提高微硅粉比表面积,结合粘结剂、造孔剂等制备出新型吸附材料,研究表明其具有良好的吸附性能。

  利用微硅粉尘制备白炭黑的研究主要集中在制备工艺、产品纯度和性能控制等方面,然而生产出来的产品是沉淀白炭黑,与气相法生产的白炭黑性能差距较大。微硅粉高效转化易溶硅、利用微硅粉尘制备高附加值食品级白炭黑(气相法白炭黑)等方面研究报道较少。

  5.2制备金属硅

  BARATI等以品位97.5%的微硅粉为硅源,通过酸浸、低温煅烧、镁热还原、还原后酸浸等步骤制备金属硅。所制备的金属硅中硅含量大于99%,B和P含量分别小于3g/t和12g/t,其质暈优于冶金硅,是制备太阳能级硅的优质原料。因此,采用微硅粉制备金属硅对于其高值化利用是一个重要方向。

  5.3制备高性能吸附剂

  微硅粉比表面积大和孔隙发达,有较强的吸附作用。朱文杰将提纯后的微硅粉合成MCM-41介孔分子筛,其孔径为2~5nm,对吸附去除重金属有良好的作用。尹霞等以微硅粉和碳酸锂为原料,通过高温煅烧制备了硅酸锂吸附材料,对CO2有良好的的吸附作用。刘俊霞将微硅粉溶解制备水玻璃,通过溶胶-凝胶法合成的疏水性硅胶,可用于吸附油气回收。

  由于微硅粉制备的吸附材料对重金属、CO2和油气等有良好的吸附作用,可以预见微硅粉制备的吸附材料在废水、废气、废液等治理方面有广泛的应用。将高污染粉尘变成治理环境的高效试剂,这是微硅粉高值化利用的重大创新。

  5.4在凝胶材料中的应用

  刘相红将微硅粉掺入氧化钙煅烧后,采用加酸一溶胶凝胶方法制得了粒度分布窄和高纯度的硅气凝胶。罗仲宽等以水玻璃为硅源,通过加酸一溶胶凝胶法制备出硅气凝胶。高妮等在水玻璃中掺入石棉绒纤维,通过碳化一干燥制备出硅气凝胶,其具有很好的强度和隔热性能。

  由于微硅粉可以通过高温煅烧或者碱溶制备水玻璃,因此,不论是以微硅粉还是水玻璃为硅源制备硅气凝胶,都能实现微硅粉高附加值利用。微硅粉为硅源制备的硅气凝胶气孔率高、强度大、密度低、隔热性能好,而且无毒的特点、有望广泛应用于航空航天、建筑、医药等行业。

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