硅粉的形成和性質

1 前言
在工業硅和硅鐵生產中用布袋除塵器從電爐煙氣中收得的煙塵一般稱為硅粉，其粒度較細，成分以氧化硅為主，密度小，比電阻大，粘結性強，附著力大，不易沉降。隨著工業硅和硅鐵產量的增加，硅粉的生成量也越來越大，據估計，我國硅粉潛在資源每年在4O萬t以上，但國內不少廠家沒有除塵回收裝置，大量硅粉由于沒有回收，到處飄逸，嚴基污染環境。

硅粉資源的綜合開發利用研究始于5O年代，到6O年代末已有工程應用，國內外經過長期的研究和實踐，又將硅粉應用于水泥、化工、橡膠等領域，取得了較好的效果，并開發了一批性能優異的新產品。

2 硅粉的形式
在電爐冶煉工業硅和硅鐵時，硅石中的氧化硅被碳質還原劑還原：

實際上，反應不是按上述總反應式進行，而是逐級還原，先生成中間產物：

SiOz在還原過程中生成中間產物SiO、SiC，部分中間產物Sio以氣態從爐內逸出，因而
造成硅的損失，當SiO蒸發選出料面，在有氧氣存在時，就燃燒生成細散的SiOz，并發出白
色火焰：

此時由于驟冷，溫度梯度變化很大，生成的SiOz來不及結晶，而生成粒度較細小的非晶質相SiOz即氧化硅粉。在實際生產中，硅的揮發損失量與原料粒度、加料方式和操作水平等有關。在正常生產情況下，熔煉1t工業硅生產12O～19Okg硅粉，硅粉中除含爐氣氧化和歧化反應生成的SiOz微粉外，還含有1O% ～2O% 硅石和碳質還原劑等隨爐氣逸出的細粉。

影響硅粉生成的因素主要有爐料中焦炭與SiOz比例，爐料電阻率的大小以及爐溫等。
硅粉的性質
硅粉是一種煙灰色**細粉末，隨著含碳量的多少，顏色略有深淺變化，白度4O一5O容重約為200kg／m3。，真密度2．2g／cm3。。硅粉顆粒絕大部分小于1 um，較細0．O1um，用氮吸附法測得比表面積為26～36m2 ／g，是水泥比表面積的7O一9O倍，由于硅粉比表面積很大，所以它具有良好的火山灰活性和充填性。
用偏光顯微鏡觀察硅粉的組成結果，除少量碳粉和結晶SiOz粉外，主要成分均為非晶物相。x射線衍射法的試驗結果也表明硅粉中僅含有少量SiOz結晶物，絕大部分是無定形的SiOz掃描電鏡的觀察結果為，硅粉是由5um以下大小不等的球形顆粒組成。
微硅粉成分指數
微硅粉的推廣應用，標志著我國的建筑行業和陶瓷耐火材料生產進入高技術時期，80年代，由于微硅粉的應用也帶動了其它微粉的應用，隨著市場的發展變化，建筑行業、陶瓷及耐火材料要求日益提高，微硅粉的其特的理化性能，將會受到市場更加親睞，應用前景十分廣闊。近幾年，微硅粉在建筑和建材行業中應用，達到非常理想的效果，其用途越來越廣闊。微硅粉滲入水泥混凝土后能很好地填充于水泥空隙之中，使漿體更微密，另外它還與游離的Ca(OH)結合，形成穩定的硅酸鈣水化物2CaO.SiO2.H2O,該水化物凝膠強度**Ca(OH)晶體，主要表現在:
（1）增加強度。使混凝土抗壓、抗折強度大大增加，滲入5-10%的微硅粉，抗壓強度可提高10-30%，抗折強度提高10%以上;
（2）增加致密度。抗滲性能提高5-18倍，抗化能力提高4倍以上:
（3）抗凍性：微硅粉混凝土在經過300-500次快速凍解循環，相對彈性模量降低10-20%，而普通混凝土通過25-50次循環，相對彈性模量降低為30-73%；（4）早強性：微硅粉混凝土使誘導期縮短，具有早強的特性；
（5）抗沖磨、控空蝕性：微硅粉混凝土比普通混凝土抗沖磨能力提高0.5-2.5倍，抗空蝕能力提高3-16倍。
提供以下實驗數據供參考：1、活性指數試驗原材料（g）控制配比測試試配比525號硅酸水泥微硅粉054軟練標準砂水砂漿流動度（mm）抗折強度(mpa)天抗壓強度(mpa)76.183.8活性抗折112指數抗壓1102、微硅粉摻量對砂漿強度的影響：
理想的結合劑和性能改善摻合物。

硅粉摻在混凝土中一般有兩種方法
一是內摻，二是外摻，下面就由硅微粉廠家來為大家介紹一下：
內摻法:
用硅微粉代替水泥，又分等量代替和部分代替兩種，
等量代替為硅微粉摻量代替相等量的水泥，部分代替為1kg硅微粉代替1～3kg水泥，作為研究一般摻量為5～30％，水灰比一般保持不變。
外摻法：
硅微粉像外加劑那樣摻在混凝土中，即水泥用量不減少的條件下摻入硅微粉。摻量一般為5～10％。由于硅微粉用法不同，所得混凝土的性能并不相同，外摻法所得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。

本公司主要從事優質建材產品的研發與銷售，以及相關領域內的技術服務與咨詢，是專業的低碳建材產品應用解決方案提供商。研發實力以及自身雄厚的技術力量，經過數年的發展，已形成了完備的產品體系和產品技術應用體系。硅灰系列產品的原料來源清楚、質量穩定、氯離子含量低、比表面積**過15000m2/kg是一種亞微米粉體材料，可顯著提高混凝土密實性和抗滲性。

1.1H系列硅微粉的用途
由于安米微納-H系列硅微粉具有良好的特性，因此它有著廣泛的用途。
(1)電子行業：作為電子產品如集成電路塊、半導體器件的塑封料填料。
(2)電工行業：作為電工產品如電流互感器、電壓互感器、干式變壓器等高壓電氣部件的澆注料填料。
(3)作為玻璃纖維的主料，用于生產普通無堿玻璃纖維和電子工業用玻璃纖維。
(4) 硅橡膠和塑料的填充料。
(5) 涂料的添加料、填料。
(6) 建筑業建材公司：①可做水泥摻合料，以降低水灰比，提高和易性（微硅粉，即石灰）；②用于鋼筋混凝土，可以大大提高混凝土的密實性，增強抗滲漏性，如用于水電大壩、大小型水池等。③作各種建筑砂漿的填充料。④環氧建筑結構膠
(7) 耐火材料工業： 作添加機制取高級耐火材料。
(8) 石油領域：石油鉆井固井。
(9) 化學工業：高質量的硅微粉可作為惰性填充材料應用于各種化合物中，以代替滑石和高嶺土等硅酸鹽材料。
(10) 科研、冶金等領域。
(11) 其他：如牙膏材料，陶瓷、日用化工用材料等。
（12）飼用添加劑：如在供客戶某（深圳）生物科技有限公司產品：仔豬飼料添加劑.
1.2 一般硅微粉產品的應用領域
作為填料或輔料可用于以下方面：
陶瓷、冶金熔劑、鑄造及金屬表面處理；電子元器件封裝；橡膠；T程塑料；高檔油漆、防腐涂料；電焊條涂層；建筑砂漿及高強混凝土骨料；高級耐火材料；太陽能光電池、*天線反射罩；牙用材料；環保及油井加壓等。
1.3球形硅微粉產品的應用領域
**大規模和甚大規模集成電路塑封料；**大規模電子顯像；精細化工；可擦寫光盤及大面積電子基板；特種陶瓷及特種橡膠；航空、航天工程等。球形硅粉目前我國生產技術不成熟，**球形硅微粉供應都被日本壟斷。
1.4納米Si02產品的應用領域
橡膠、油漆涂料、電子封裝材料、硅基基板、功能化學纖維、功能塑料、高級陶瓷、特種耐火材料、密封膠、粘結劑、化工、醫藥、農藥、高分子復合材料、玻璃鋼、化妝品、油墨、農業種子處理劑及消防的干粉滅火劑等。


摘要：按照體顆粒形狀分類的方法將硅微粉分為角形硅微粉和球形硅微粉，通過機械破碎等得到硅微粉產品。本文論述了硅微粉產品的寬廣應用領域，以及國內硅微粉產品生產與需求概況及其生產技術。


關鍵詞：硅微粉;制備工藝；加工技術；用途
1 緒論
安米微納-H系列硅微粉{}{二氧化硅微粉}主要成份為SiO2，是冶煉硅鐵合金和金屬硅時被煙氣帶出爐外的無晶形細顆粒，具有優越的火山灰性能。
近年來隨著歸家環保法規的逐步落實和人們環保意識的提高以及硅微粉應用領域的日益擴大，硅系鐵合金生產廠相繼新建或配套改造了煙氣凈化系統，即硅微粉生產系統。回收硅微粉，盡可能的使廢物資源化和無害化，減少工業生產對人類和環境的影響，既有經濟效益，又有社會和環境效益。
2 硅微粉性能及用途
安米微納-H系列硅微粉是用二氧化硅(SiO2)又稱石英的材料經過破碎、提純、研磨、分級等工藝精細加工而成，其純度高、色澤白、顆粒級配合理，有著*特的性能和廣泛的用途。
2. 1 H系列硅微粉性能
(1)具有良好的絕緣性：由于硅微粉純度高，雜質含量低，性能穩定，電絕緣性能優異，使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。
(2)能降低環氧樹脂固化反應的放熱峰值溫度，降低固化物的線膨脹系數和收縮率，從而消除固化物的內應力，防止開裂。
(3)抗腐蝕性：硅微粉不易與其他物質反應，與大部分酸、堿不起化學反應，其顆粒均勻覆蓋在物件表面，具有較強的抗腐蝕能力。
(4)顆粒級配合理，使用時能減少和消除沉淀、分層現象；可使固化物的抗拉、抗壓強度增強，耐磨性能提高，并能增大固化物的導熱系數，增加阻燃性能。
(5)經硅烷偶聯劑處理的硅微粉，對各類樹脂有良好的浸潤性，吸附性能好，易混合，無結團現象。
(6)硅微粉作為填充料，加進有機樹脂中，不但提高了固化物的各項性能，同時也降低了產品成本。
2.2 幾種主要用途硅微粉的理化指標
2.2.1 電子及電器工業用硅微粉
電子及電器工業用硅微粉(SJ/T10675－2002)產品分類及代號：用于電工行業有普通硅微粉(PG)、普通活性硅微粉(PGH)、電工級硅微粉(DG)、電工級活性硅微粉(DGH)。用于電子行業有電子級結晶型硅微粉(JG)、電子級結晶型活性硅微粉(JGH)、電子級熔融型硅微粉(RG)、電子級熔融型活性硅微粉(RGH)。產品規格為產品網目數，分為300、400、600、1000目。產品的粒度分布見表1，產品的理化指標見表2。


2.2.2 普通無堿玻璃纖維和電子工業用玻璃纖維原料
普通無堿玻璃纖維和電子工業用玻璃纖維原料化學成分(%)為：SiO2>99.0，Al2O3<0.3，Fe2O3<0.05，Na2O+K2O<0.15。粒度為：-325目>98. 0%。

硅微粉主要生產設備及工藝
硅微粉的主要生產設備有球磨機、振動磨、微粉分級機和烘干機。下面分別簡要介紹其工作原理。
球磨機：可以是干法也可以是濕法研磨物料。當球磨機運轉時，磨礦介質與物料一起被提升到一定高度后下落，如此反復進行，處于磨礦介質之間及磨礦介質與磨機桶壁之間的物料受到沖擊和物料在磨礦介質的滾動、滑動過程中被研磨成細粉。
振動磨：利用磨礦介質受磨機的振動作用，在磨機腔體內滑動、滾動而對物料進行研磨。微粉分級機的分級原理是：物料被風機抽吸到分級室內，在高速運轉的分級轉子和分級葉片之間被分級；粗物料沿分級筒壁而下，從底部粗粉出口排出；細粉則隨氣流穿過轉子葉片的間隙由上部細粉出口排出，從而達到分級的目的。烘干機：為了**硅微粉較低的含水率和在干燥時不受污染以及提高生產效率、節約能源而采用空心軸攪拌烘干機，其工作原理是：物料從進料口進入烘干機內，由空心槳葉輸送至出料口出料；物料在被輸送過程中，受空心槳葉攪拌并由空心槳葉和機體夾套
同時加熱，水分被蒸發而烘干。含水量在15%～20%的物料，干燥后水分可控制在0.05%以下。
4.1.2 生產工藝
角形硅微粉生產工藝有干法研磨和濕法研磨兩種。干法研磨生產工藝：是將硅微粉原料放進球磨機或振動磨中研磨，該研磨工藝可以連續進料和出料，也可以一次投入若干重量原料，連續研磨若干時間后出料；出料時要經過微粉分級機控制粒度，粗的產物返回磨機再磨或作為產品，細的則是產品。干法研磨要嚴格控制入磨物料水分，產品不再干燥。工藝流程見圖1。


濕法研磨生產工藝：是將若干重量硅微粉原料一次投入球磨機中，加入適量的水，作業濃度在65%～80%；連續研磨十幾個小時后，倒出料漿，用壓濾方法或放在料桶內自然沉淀脫水，得到含水料餅；用打碎機打碎分散后均勻連續地投到空心軸攪拌烘干機中，干燥后得到產品。工藝流程見圖2。


無論是干法研磨還是濕法研磨，磨機中還應加入幾種直徑按要求配比的磨球，又稱磨礦介質。根據進料粒度大小和產品粒度要求，磨礦介質的直徑和配比是不同的，研磨時間也是不同的。為了避免物料在研磨時被污染，使用的磨礦介質應是非金屬材料如氧化鋁陶瓷球或硅石；磨機的桶體內也必須襯高強度耐磨材料如氧化鋁陶瓷、硅石或聚氨脂橡膠。
硅微粉原料的加工和提純
硅微粉目前已經在電子工業塑封料、電器工業澆注料、玻璃纖維工業、硅橡膠、化工、高級陶瓷、特種耐火材料等領域應用，隨著高新技術產業的發展，硅微粉用途越來越廣，用量越來越大。
國內目前生產的主要是角形結晶硅微粉和角形熔融硅微粉，雖然能滿足國內市場的需求，也有部分出口，但大部分產品檔次較低。國內市場需求的高檔硅微粉如球形硅微粉、**細硅微粉仍依賴國外進口。
在玻璃纖維工業，硅微粉基本上可滿足生產要求，隨著新建玻璃纖維工廠的投產，需求量將進一步擴大。
隨著我國半導體集成電路與電子器件以及電工器件的發展，對硅微粉的需求量將越來越大。對于未來巨大的市場需求，必須提高硅質原料質量，提高硅微粉生產技術水平，加強生產過程的測試和控制，從而提高硅微粉產品質量；根據市場需求，生產適合各領域質量要求的各種規格的硅微粉，以滿足國內外市場的需求。
隨著我國微電子工業與高新技術飛速發展，高純、**細和球形化硅微粉的需求量每年都在以20％的比例遞增。但國內的硅微粉生產企業由于受技術與資金限制，缺乏專用設備、缺乏對工藝流程的監測與控制、加之生產環境惡劣，因而造成產品質量不高，且不穩定，真正意義上的球形硅微粉和納米Si02的生產還幾乎處于空白狀態。同時，硅微粉廣闊的潛在市場亟待開發。可謂硅微粉行業商機無限。
硅微粉原料的選礦提純
我國的硅質原料資源豐富，有水晶、半透明及乳白色脈石英、變質石英巖、沉積石英砂巖、海相沉積石英砂、河湖相沉積石英砂、粉石英等類型。隨著硅質原料被大量開發利用，高品質的硅質原料逐漸減少；為了滿足產量逐年提高的硅微粉用原材料的要求，部分硅質原料必須經過選礦提純達到質量標準后，才用來加工硅微粉。
選礦提純一般是將雜質含量較高的硅質原料經過破碎、篩分、磨礦，使二氧化硅與雜質充分解離，經過磁選、浮選除去雜質；再用酸洗方法，使雜質進一步降低，然后用清水洗去酸液，再用去離子水洗去顆粒表面吸附的殘余雜質離子，使原料達到或**硅微粉的化學指標；干燥后成為加工硅微粉的原材料。
我國加工玻璃用硅砂而產生的質量較高的細粉和南方的粉石英，均可作為硅微粉的原材料。在實際生產中，根據要求的質量進行提純。或是經過浮選、磁選除雜質，或是經過水洗分級除雜質，或是經過酸洗除雜質，干燥后，作為硅微粉的原材料。如質量較好的粉石英，開采出來后，經水洗分級除去粗顆粒和雜質，細粒級干燥后可作為生產無堿玻璃纖維原料。
熔融硅微粉原料的加工
熔融硅微粉又稱無定形硅微粉或非晶態硅微粉。用破碎、研磨和分級方法生產的熔融硅微粉其原材料是熔煉石英。熔煉石英生產工藝：先將硅質原料破碎到10～20mm的小塊料，采用堆積酸浸法，除去表面雜質，再用清水洗凈后干燥。將清潔、干燥的小塊料投入熔煉石英爐中，接通硅碳棒電源；經過高溫(1 800～2 000℃)熔煉約10h后，出爐急冷破碎，經手選，再經純化酸洗、脫酸、去離子水清洗，干燥后成為無定形硅微粉的原材料。值得注意的是硅質原料中如果含有較高的液體或氣體包裹體，則不宜用來作為熔煉石英的原料。

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主要產品有：椰殼活性炭，凈水活性炭，蜂窩活性炭，空氣凈化炭，柱狀活性炭，粉狀活性炭，工業廢水凈化炭。

公司活性炭產品具有灰份低、機械強度高、孔隙發達、比表面積大、吸附能力強等優良特性，產品性能處于國內水平之列，產品廣泛用于飲用水凈化、污水廠的廢水處理，鋼鐵廠及火力發電站的廢氣處理，空氣凈化、食品脫色、溶劑回收及勞動防護等領域。