微硅粉的高附加值利用途径

　　微硅粉是矿热炉生产硅铁合金和金属硅过程中产生的Si和SiO气体在烟道中与空气氧化并迅速冷凝形成的粉尘，也称为硅灰（或凝聚硅灰）。随着环保力度的加强，微硅粉产量逐年增加，如果直接排放或堆弃，会造成环境污染和资源浪费，因此，如何资源化利用这些数量巨大的微硅粉已成为硅铁冶炼企业急需解决的问题。

　　微硅粉是硅铁和金属硅冶炼的副产物，凭借其优异和神奇的性能被广泛应用于冶金球团、特种混凝土、特种水泥、耐火材料、化工产品等领域。

　　1、微硅粉的特征

　　微硅粉的主要化学成分为SiO2 ，其中的 SiO2主要以非结晶相（或无定形 SiO2）存在，含量≥80%、杂质成分少，比表面积为20~28㎡/g，粒度小于10μm的颗粒占80%以上，化学活性高，容易与碱反应，且具有质量轻、耐火度高、活性强等特点，被广泛应用于建筑、耐火材料、冶金、陶瓷、化工等领域。

　　2、微硅粉的形成

微硅粉的形成过程

　　3、微硅粉的危害

　　微硅粉尘是一种颗粒细小、轻、易漂浮的可吸入颗粒，如果直接排放，会造成粉尘不易沉降，

　　漂浮于空气中，严重影响人类健康和周边环境。微硅粉尘颗粒被人体吸入后可直接进入肺部，会引起肺癌等尘病。

　　4、微硅粉的高附加值利用途径

　　一般而言，微硅粉中SiO2的品位越高，其附加值越高。

　　（1）用于混凝土工业

　　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。

　　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。一般而言，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）作为水泥掺和料

　　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。

　　水泥的强度随掺入微硅粉含量增加而显著增加，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）用于耐火材料行业

　　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。

　　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）冶金球团

　　在冶金行业，多数企业将微硅粉作为一种返回料使用。将硅石和微硅粉混合造球矿作为电炉还原炼硅的原料，可以实现硅回收率正常，单位产品能耗不变。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。

　　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。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，生产表明微硅粉能增强铬矿球团的黏结性。

　　（5）制备纳米白炭黑（纳米SiO2）

　　张德懿等以低品位微硅粉为硅源，通过“酸浸提纯—HF 酸溶解—水解—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210㎡/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。

　　不过，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。

　　（6）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，其质量优于冶金硅，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。

　　（7）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。由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。

　　（8）制备凝胶材料

　　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。

　　微硅粉的利用应重点关注微硅粉资源化、综合化和高值化利用，对微硅粉进行深加工提高其理化性能，使其广泛应用在电子、航空航天、医药、彩色轮胎、牙膏、橡胶等领域。

　　资料来源：《张金梁, 卢萍, 杨桂生,等.微硅粉性能表征与综合利用研究现状分析.矿冶:116-122.2020,(04)》

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