微硅粉的高附加值利用途徑

　　微硅粉是礦熱爐生產硅鐵合金和金屬硅過程中產生的Si和SiO氣體在煙道中與空氣氧化并迅速冷凝形成的粉塵，也稱為硅灰（或凝聚硅灰）。隨著環保力度的加強，微硅粉產量逐年增加，如果直接排放或堆棄，會造成環境污染和資源浪費，因此，如何資源化利用這些數量巨大的微硅粉已成為硅鐵冶煉企業急需解決的問題。

　　微硅粉是硅鐵和金屬硅冶煉的副產物，憑借其優異和神奇的性能被廣泛應用于冶金球團、特種混凝土、特種水泥、耐火材料、化工產品等領域。

　　1、微硅粉的特征

　　微硅粉的主要化學成分為SiO2 ，其中的 SiO2主要以非結晶相（或無定形 SiO2）存在，含量≥80%、雜質成分少，比表面積為20~28㎡/g，粒度小于10μm的顆粒占80%以上，化學活性高，容易與堿反應，且具有質量輕、耐火度高、活性強等特點，被廣泛應用于建筑、耐火材料、冶金、陶瓷、化工等領域。

　　2、微硅粉的形成

微硅粉的形成過程

　　3、微硅粉的危害

　　微硅粉塵是一種顆粒細小、輕、易漂浮的可吸入顆粒，如果直接排放，會造成粉塵不易沉降，

　　漂浮于空氣中，嚴重影響人類健康和周邊環境。微硅粉塵顆粒被人體吸入后可直接進入肺部，會引起肺癌等塵病。

　　4、微硅粉的高附加值利用途徑

　　一般而言，微硅粉中SiO2的品位越高，其附加值越高。

　　（1）用于混凝土工業

　　摻微硅粉混凝土具有強度高、黏附與凝聚性能好和可增加成型厚度等特點。大跨度橋梁、海洋石油鉆井平臺等水利水電工程中，摻微硅粉混凝土可以改善其防滲性、防腐性和抗沖磨性。道路修建過程中，微硅粉可以較大程度上提高混凝土早期強度和耐磨性。

　　微硅粉能提高混凝土的抗壓、抗拉、抗沖擊強度和耐磨性能。這是由于微硅粉不參與固化反應，提高了混凝土中各組分間的粘結強度和密實度，減弱了Ca（OH）2的危害。微硅粉與樹脂易混合且不易團聚，能有效減少沉淀和分層。微硅粉塵能降低混凝土的膨脹和收縮率，對混凝土有良好的絕緣性和抗電弧性能。一般而言，摻微硅粉的混凝土與多數酸堿不進行化學反應，增強混凝土的抗腐蝕性。

　　（2）作為水泥摻和料

　　將微硅粉作為摻和材料用于生產特種水泥。摻微硅粉的特種水泥能制作成強度是普通混凝土2~3倍的致密度混凝土，其具有良好的耐磨性、耐腐蝕性、抗滲性、絕緣性、抗凍性及對氯離子的阻擋性能等。

　　水泥的強度隨摻入微硅粉含量增加而顯著增加，微硅粉能有效提高水泥的密實性和割線彈性模量，顯著提高水泥的腐蝕阻力和蠕變性等，但水泥的吸水率和體積質量會降低。因此，將微硅粉摻入水泥時，要關注吸水率和體積質量降低的問題。

　　（3）用于耐火材料行業

　　微硅粉塵具有較高耐火度等優良性質，被廣泛應用于耐火材料行業，主要用來制備高溫陶瓷、鋼包料、高溫耐磨材料、透氣磚、耐火澆注料等。

　　微硅粉能提高耐火材料的流動性、體積密度和強度，改善耐火材料的凝聚性和高溫性能，延長耐火材料的使用壽命，可實現硅鐵和工業硅冶煉企業粉塵內部消化和清潔生產。

　　（4）冶金球團

　　在冶金行業，多數企業將微硅粉作為一種返回料使用。將硅石和微硅粉混合造球礦作為電爐還原煉硅的原料，可以實現硅回收率正常，單位產品能耗不變。用水將微硅粉潤濕、造塊制成4cm左右的球團不需要焙燒、干燥等可直接進行電爐還原熔煉。球團也可進行高溫燒結，燒結過程中沒有爆裂等問題，產品燒結礦強度較高。

　　將微硅粉和紙漿廢液混合制成球團，進行電爐還原熔煉，生產證明由于該球團比普通料的強度大，在運輸過程中不容易破碎。將電爐煉硅濕法回收的微硅粉料漿作為返回硅源，與鉻礦混合造球，生產表明微硅粉能增強鉻礦球團的黏結性。

　　（5）制備納米白炭黑（納米SiO2）

　　張德懿等以低品位微硅粉為硅源，通過“酸浸提純—HF 酸溶解—水解—干燥”工藝制備出品位大于97%的納米SiO2，其BET比表面積和平均粒徑分別為210㎡/g和90nm。裴新意等把微硅粉加入生石灰中煅燒后酸浸制備白炭黑，制備出純度99.9%、平均粒徑11.15μm、白度為96的白炭黑。朱慧仙等以微硅粉和氧化鈣為原料，經混酸加HF除鐵、高溫煅燒和水溶等步驟制備出穩定性良好的酸性硅溶膠。

　　不過，利用微硅粉塵制備白炭黑的研究主要集中在制備工藝、產品純度和性能控制等方面，然而生產出來的產品是沉淀白炭黑，與氣相法生產的白炭黑性能差距較大。

　　（6）制備金屬硅

　　BARATI等以品位97.5%的微硅粉為硅源，通過酸浸、低溫煅燒、鎂熱還原、還原后酸浸等步驟制備金屬硅。所制備的金屬硅中硅含量大于99%，B和P含量分別小于3g/t和12g/t，其質量優于冶金硅，是制備太陽能級硅的優質原料。因此，采用微硅粉制備金屬硅對于其高值化利用是一個重要方向。

　　（7）制備高性能吸附劑

　　微硅粉比表面積大和孔隙發達，有較強的吸附作用。由微硅粉制備的吸附材料對重金屬、CO2和油氣等有良好的吸附作用，可以預見微硅粉制備的吸附材料在廢水、廢氣、廢液等治理方面有廣泛的應用。將高污染粉塵變成治理環境的高效試劑，這是微硅粉高值化利用的重大創新。

　　（8）制備凝膠材料

　　由于微硅粉可以通過高溫煅燒或者堿溶制備水玻璃，因此，不論是以微硅粉還是水玻璃為硅源制備硅氣凝膠，都能實現微硅粉高附加值利用。微硅粉為硅源制備的硅氣凝膠氣孔率高、強度大、密度低、隔熱性能好，而且無毒的特點、有望廣泛應用于航空航天、建筑、醫藥等行業。

　　微硅粉的利用應重點關注微硅粉資源化、綜合化和高值化利用，對微硅粉進行深加工提高其理化性能，使其廣泛應用在電子、航空航天、醫藥、彩色輪胎、牙膏、橡膠等領域。

　　資料來源：《張金梁, 盧萍, 楊桂生,等.微硅粉性能表征與綜合利用研究現狀分析.礦冶:116-122.2020,(04)》

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