微硅粉在国外的应用情况

早在1947年挪威埃肯公司(Elkem ASA)就开始进行微硅粉的生产技术、粉尘处理、分级和应用方面的研究,成为世界上最早开展微硅粉研发的企业,并始终在微硅粉收尘与处理技术上保持领先地位。随后,美国、俄罗斯、日本也开始进行研发应用,并成为微硅粉主要生产国。目前,微硅粉年生产量为:美国30万吨,俄罗斯15万吨,挪威12万吨,日本7万吨。国外以微硅粉为主可开发的应用领域有:

  1.1混凝土工业的高强掺和剂

  微硅粉作为掺和剂应用于混凝土工业是国外微硅粉综合利用中研究最早、成果最多、应用最广的一个领域。由于微硅粉具有颗粒细小、比表面积大、SiO2纯度高、火山灰活性强等物理化学特点,把微硅粉作为掺和剂加入混凝土中改善了混凝土多方面的性能。如显著改善塑性混凝土粘附性能和凝聚性,大幅度降低回弹量,增大喷射混凝土一次成型厚度,缩短工期,节省工程造价。

  在需要特殊高强度混凝土的场合,微硅粉作为掺和料配制高强混凝土,其强度等级可以达到100 MPa。国外许多重要的高层建筑物,如美国南瓦克大厦和德国法兰克福BfG大厦都是采用了微硅粉做混凝土的增强掺和剂。在发达国家的一些重要混凝土水利水电工程中如海洋石油钻井平台、大跨度桥梁、隧洞等工程掺加微硅粉可以改善防渗、抗冲磨、防腐等性能,如挪威北海石油钻井平台,挪威Stolma跨海桥(301m跨径LC60轻骨料混凝土建造),丹麦大贝尔特海峡大桥,连接丹麦与瑞典的厄勒(ORESUND)海峡大桥,美国Kinzua大坝防渗混凝土面板、进水闸、遂洞、主厂房下部结构等。微硅粉混凝土用于公路路面和飞机跑道中,可以大大提高混凝土早期强度和耐磨性能,在公路路面的维护和抢修中,可以提前通车时间,增加经济效益,如欧洲E-6和E-18高速公路(瑞典),以及伦敦非金属处理厂高耐磨地面处理。

  在欧美国家,75%的喷射混凝土都掺入微硅粉,而在挪威和瑞典,微硅粉是喷射混凝土的必备材料。

1.2用于耐火材料的添加剂

  日本每年通过埃肯公司,从中国进口大量的微硅粉用于耐火材料工业。从日本神户制钢耐火物研究所的研究报告来看,优质微硅粉主要被用作高性能耐火浇注料、预制件、钢包料、透气砖、自流型耐火浇注料及干湿法喷射材料。根据大阪工业技术研究所的提交的研究报告,在高温陶瓷领域,如:氧化物结合碳化硅制品,高温型硅酸钙轻质隔热材料,电磁窑用刚玉莫来石推板,高温耐磨材料及制品,刚玉及陶瓷制品,赛龙结合制品等,微硅粉的使用具有高流动性、低蓄水量、高致密度和高强度等特点。

  1.3用作冶金球团助剂

  美国曾将微硅粉以每453.6kg硅石配22.7kg微硅粉的配比制成球团作为电炉冶炼原料,球的最大尺寸为19-25mm。经电炉冶炼证明,加入较大量的球团时,炉子运行三周,没有发现硅回收率降低和单位电耗增加的现象。挪威埃肯公司也曾将2万千瓦金属硅炉每昼夜生产出的100m3的微硅粉用水调和制成1-5cm直径的球团后不用干燥直接返回电炉进行冶炼试验,在竖炉中800-1200℃温度下进行烧结,烧结后的球团不存在爆裂和不适应的问题,具有足够的机械强度,而且,由于不另加粘结剂,球团中杂质很少,因此可返回电炉作为冶炼材料。苏联用纸浆废液作粘结剂制球,球团强度可经倒运而不碎裂,按30%比例加入电炉使用。瑞典一家铁合金厂利用微硅粉作铬矿球团粘结剂使用。

  全封闭电炉冶炼硅铁一般采用湿法净化烟气,利用处理后的水洗炉气回收的微硅粉尘泥作为电炉冶炼原料。挪威埃肯公司进行了试验和研究,将其在回转窑中加氧化剂或还原剂,继续加热到800-1400℃左右,经这样处理可以除掉微硅粉尘泥中的有害物,同时将其形成球团。球团中的有害物质酚和氰化物及沥青之类的含碳物质都被除掉,处理后的球团可返回到金属硅、硅冶炼中作为原料。

  目前,美国、俄罗斯、挪威等国均有微硅粉造球专利和制球设备。

  1.4应用于水泥做掺和材料

  作水泥原料:挪威、冰岛、加拿大等国家的铁合金厂收回的部分微硅粉都有作为水泥原料的报导。苏联专利指出,在生产波特兰水泥的原料中配入18-25%的硅粉,可提高水泥窑的产量和水泥质量,窑的生产能力提高10-20%水泥养护28天后,抗压强度由47Pa提高到54-56MPa。

  做水泥混合材生产混合水泥:冰岛水泥公司将制成球状的微硅粉与熟料一起研磨生产含微硅粉约6%的混合水泥,应用效果很好。1982年法国拉法基(Lafarge)水泥公司用微硅粉掺在波特兰熟料中生产的混合水泥就已进入市场。加拿大也制订了混合水泥的标准,混合水泥要求微硅粉掺入量在10%以内,微硅粉中SiO2 含量大于85%,烧失量<6%。生产超密水泥:日本电气化工业株式会社从丹麦迪西脱(DENSIT)公司引进了以“DENSIFIED”命名的超密水泥。这种水泥主要由微硅粉、特殊外加剂和水泥熟料等配制而成。用它能制成致密度极高的混凝土,其强度比普通混凝土增强2-3倍,有良好的耐腐蚀性、绝缘性、耐磨性、抗渗性、抗冻性及对氯离子的阻挡性能等。丹麦已将这种水泥用于防腐、耐磨食品工厂和重型机械厂的地面及要求绝缘和阻挡氯离子的防蚀层、水工混凝土工程等,还可以代替部分金属制品。丹麦防腐蚀研究中心正在研究所用这种水泥作钢铁的防腐涂层原子能研究所正在研究用它作放射性废弃物的保护隔离材料。

  1.5用作化工产品的分散隔离剂

  为了防止某些化工合成粉体结块,曾经采用云母进行包覆处理,造价较高。应用微硅粉可以取代较贵的处理材料,但要准确地掌握使用的比例。挪威、法国和意大利都是采用这种方法,使分散隔离剂的应用效果很好。这种分散隔离剂广泛用于微细农药、化肥、灭火剂等产品,如美国Borax、苏格兰METHIL DOCKS化肥厂。

  1.6其他方面

  国外一些厂家对冶炼硅质合金产生的大量微硅粉不断进行研究探索,寻找更多的用途。例如,俄罗斯开发了利用微硅粉作硅酸盐砖原料的工艺方法,并试制出配加 5%微硅粉的硅酸盐砖,按砖的硬度、抗寒强度、吸水性相当于M200牌号砖,如将微硅粉配加量增至7%时,砖的牌号增至M250-300号,这批试验性砖的其他指标均符合俄罗斯标准要求俄罗斯利用微硅粉填充树脂及其他高分子聚合物产品,替代白碳黑、滑石、石棉、气溶胶等填充材料,可提高延伸缩、抗撕裂和抗老化度性能微硅粉还可以用于农肥和改良土壤品种,如将微硅粉与氢氧化钾或碳酸钾混合加热可制成缓农肥硅酸钾,它不易挥发流失,能保护土壤,促进作物根部发育,抑制病虫害,以及将微硅粉和纤维素厂或木材工厂生产的废树皮等废料经加工后形成混合物质,可以增强土壤的肥力。

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