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硅微粉主要生产设备及工艺
硅微粉的主要生产设备有球磨机、振动磨、微粉分级机和烘干机。下面分别简要介绍其工作原理。
球磨机：可以是干法也可以是湿法研磨物料。当球磨机运转时，磨矿介质与物料一起被提升到一定高度后下落，如此反复进行，处于磨矿介质之间及磨矿介质与磨机桶壁之间的物料受到冲击和物料在磨矿介质的滚动、滑动过程中被研磨成细粉。
振动磨：利用磨矿介质受磨机的振动作用，在磨机腔体内滑动、滚动而对物料进行研磨。微粉分级机的分级原理是：物料被风机抽吸到分级室内，在高速运转的分级转子和分级叶片之间被分级；粗物料沿分级筒壁而下，从底部粗粉出口排出；细粉则随气流穿过转子叶片的间隙由上部细粉出口排出，从而达到分级的目的。烘干机：为了保证硅微粉较低的含水率和在干燥时不受污染以及提高生产效率、节约能源而采用空心轴搅拌烘干机，其工作原理是：物料从进料口进入烘干机内，由空心桨叶输送至出料口出料；物料在被输送过程中，受空心桨叶搅拌并由空心桨叶和机体夹套
同时加热，水分被蒸发而烘干。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 生产工艺
角形硅微粉生产工艺有干法研磨和湿法研磨两种。干法研磨生产工艺：是将硅微粉原料放进球磨机或振动磨中研磨，该研磨工艺可以连续进料和出料，也可以一次投入若干重量原料，连续研磨若干时间后出料；出料时要经过微粉分级机控制粒度，粗的产物返回磨机再磨或作为产品，细的则是产品。干法研磨要严格控制入磨物料水分，产品不再干燥。工艺流程见图1。


湿法研磨生产工艺：是将若干重量硅微粉原料一次投入球磨机中，加入适量的水，作业浓度在65%～80%；连续研磨十几个小时后，倒出料浆，用压滤方法或放在料桶内自然沉淀脱水，得到含水料饼；用打碎机打碎分散后均匀连续地投到空心轴搅拌烘干机中，干燥后得到产品。工艺流程见图2。


无论是干法研磨还是湿法研磨，磨机中还应加入几种直径按要求配比的磨球，又称磨矿介质。根据进料粒度大小和产品粒度要求，磨矿介质的直径和配比是不同的，研磨时间也是不同的。为了避免物料在研磨时被污染，使用的磨矿介质应是非金属材料如氧化铝陶瓷球或硅石；磨机的桶体内也必须衬高强度耐磨材料如氧化铝陶瓷、硅石或聚氨脂橡胶。

微硅粉成分指数
微硅粉的推广应用，标志着我国的建筑行业和陶瓷耐火材料生产进入高技术时期，80年代，由于微硅粉的应用也带动了其它微粉的应用，随着市场的发展变化，建筑行业、陶瓷及耐火材料要求日益提高，微硅粉的其特的理化性能，将会受到市场更加亲睐，应用前景十分广阔。近几年，微硅粉在建筑和建材行业中应用，达到非常理想的效果，其用途越来越广阔。微硅粉渗入水泥混凝土后能很好地填充于水泥空隙之中，使浆体更微密，另外它还与游离的Ca(OH)结合，形成稳定的硅酸钙水化物2CaO.SiO2.H2O,该水化物凝胶强度**Ca(OH)晶体，主要表现在:
（1）增加强度。使混凝土抗压、抗折强度大大增加，渗入5-10%的微硅粉，抗压强度可提高10-30%，抗折强度提高10%以上;
（2）增加致密度。抗渗性能提高5-18倍，抗化能力提高4倍以上:
（3）抗冻性：微硅粉混凝土在经过300-500次快速冻解循环，相对弹性模量降低10-20%，而普通混凝土通过25-50次循环，相对弹性模量降低为30-73%；（4）早强性：微硅粉混凝土使诱导期缩短，具有早强的特性；
（5）抗冲磨、控空蚀性：微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5-2.5倍，抗空蚀能力提高3-16倍。
提供以下实验数据供参考：1、活性指数试验原材料（g）控制配比测试试配比525号硅酸水泥微硅粉054软练标准砂水砂浆流动度（mm）抗折强度(mpa)天抗压强度(mpa)76.183.8活性抗折112指数抗压1102、微硅粉掺量对砂浆强度的影响：
理想的结合剂和性能改善掺合物。
微 硅 粉
用范围：微硅粉（学名“硅灰”，Microsilica或Silica Fume），系在冶炼硅铁合金或工业硅时，通过烟道排出的硅蒸汽氧化后，经特别设计的收尘器收集得到的无定形、粉末状的二氧化硅（SiO2）。微硅粉(Microsilica或Silica Fume)平均粒径在0.15~0.20 μ，比表面积为15000~20000m 2 /kg，具有较强的表面活性。微硅粉(Microsilica或Silica Fume)主要用于水泥或混凝土掺合料，以改善水泥或混凝土的性能，配制具有**高强（C70以上）、耐磨、耐冲刷、耐腐蚀、抗渗透、抗冻、早强的特种混凝土，用于大坝、大型水库、水电、海港码头、铁路桥梁、高速公路、飞机场跑道、隧道及**高层建筑等工程。同时，微硅粉还可以用于耐火材料和陶瓷制品的生产，提高产品的强度和耐久性；用于油漆、涂料、树脂、橡胶及其它高分子材料填充物，能起到改善材料综合性能的目的。配合比
于硅粉混凝土的配合比设计，主要是根据设计要求， 确定硅粉的掺入方法，硅粉的掺量，减水剂的掺量及砂石料调整，而其它则按普通混凝土设计方法进行。
a） 硅粉的掺入方法：硅粉在混凝土中一般有两种方法： 一是内掺，二是外掺，都要与减水剂配合使用。内掺法往往用硅粉代替水泥，又分等量代替和部分等量代替两种，等量代替为硅粉掺量代替相等的水泥，部分代替为1 kg 硅粉代替1～3 kg 水泥，作为研究一般掺量为5 %～30 % ，水灰比一般保持不变：而外掺法指的是硅粉像外加剂那样掺在混凝土中，而水泥用量不减少，掺量一般为5 %～10 % ，一般外掺法而得的混凝土的力学性能要高得多，但增加了混凝土中胶凝材料用量。
b） 硅粉的掺量：硅粉在混凝土中掺量太少，对混凝土性能改善不大，但是掺量太多，则混凝土太粘，不易施工，且干缩变形大，抗冻性差，因此，掺硅粉时，应找出掺量才能获得好的结果。一般情况下，掺量在10%以内效果较为满意。硅粉的合适掺量一般根据所用硅粉，水泥种类和骨料性质，选择几个硅粉掺量，如3、5、7、10%等，成型混凝土试件，绘制R－SF（强度－硅粉掺量）曲线确定。值得注意的是硅粉价格较高，在确定硅粉的掺量时，也要考虑技术经济指标。[1]
c） 减水剂的掺量：在混凝土中使用硅粉，如不掺减水剂，想保持相同的流动度，则必然要增加用水量、水灰比增加，掺硅粉的混凝土强度也上不去，这也是过去硅粉在混凝土中未推广使用的原因。硅粉与减水剂联合使用掺用硅粉水灰比不变，即用水量不增加，也能达到与未掺硅粉的混凝土具有相同的流动度且硅粉混凝土强度等性能得到大幅度提高，一般国内较多采用高效减水剂，其掺量一般为胶材用量的1 %以内，有时为了减小水灰比，拌制**高强混凝土，减水剂掺量达2 %～ 3 %。
d） 砂石料用量调整：内掺硅粉一般对砂石用量不必调整。外掺硅粉要扣掉与硅粉体积相等的砂石体积。
强度影响

尽管应用纯水泥可以制成抗压强度高达100 MPa 的HPC ，但当使用硅粉时将容易得多。而对于制备强度**过100 MPa 的混凝土，硅粉的使用几乎不可缺少。硅粉在混凝土中同时起填充材料和火山灰材料使用。使用硅粉后，大大降低了水化浆体中的孔隙尺寸，改善了孔隙尺寸分布，于是使强度提高，渗透性降低。例如，研究结果表明（CEB2FIP1988） ， 为获得70 MPa 的混凝土强度，应用纯水泥需要水胶比0.35 ， 而当加8 %的硅粉时，水胶比可以为0.50。由于硅粉颗粒非常细，它们可以在很早的几个小时内发生火山灰反应。
然而，尽管在相同的水胶比下硅粉混凝土的早期相对强度发展比纯水泥混凝土的慢，由于加入硅粉使得强度大大提高，硅粉混凝土的强度则比纯水泥混凝土的高。另一方面，经验表明，HPC 的早期强度发展比NSC 的快，虽然HPC的凝结时间可能稍有推迟，其凝结之后的水化作用会由于高效减水剂和硅粉大大加快。其结果通常是凝结之后强度发展非常快。
对于某些空气中干燥或养护的很低水胶比的硅粉混凝土试件，有抗压强度倒缩的报导（De Larrard 和Aiticin 1993） 。这种强度降低通常发生在90 d 龄期之后，一般认为是由内部自干燥及干燥裂缝引起的。然而，许多其他研究人员的试验室及现场研究表明，HPC 的后期强度没有降低。例如，从6 种不同的HPC 中取得的3 个月至3 年龄期的所有钻芯试样试验结果表明，其强度在不断增长。当然，与NSC 比较， HPC 的长期强度增长潜力较小。
硅粉的形成和性质

1 前言
在工业硅和硅铁生产中用布袋除尘器从电炉烟气中收得的烟尘一般称为硅粉，其粒度较细，成分以氧化硅为主，密度小，比电阻大，粘结性强，附着力大，不易沉降。随着工业硅和硅铁产量的增加，硅粉的生成量也越来越大，据估计，我国硅粉潜在资源每年在4O万t以上，但国内不少厂家没有除尘回收装置，大量硅粉由于没有回收，到处飘逸，严基污染环境。

硅粉资源的综合开发利用研究始于5O年代，到6O年代末已有工程应用，国内外经过长期的研究和实践，又将硅粉应用于水泥、化工、橡胶等领域，取得了较好的效果，并开发了一批性能优异的新产品。

2 硅粉的形式
在电炉冶炼工业硅和硅铁时，硅石中的氧化硅被碳质还原剂还原：

实际上，反应不是按上述总反应式进行，而是逐级还原，先生成中间产物：

SiOz在还原过程中生成中间产物SiO、SiC，部分中间产物Sio以气态从炉内逸出，因而
造成硅的损失，当SiO蒸发选出料面，在有氧气存在时，就燃烧生成细散的SiOz，并发出白
色火焰：

此时由于骤冷，温度梯度变化很大，生成的SiOz来不及结晶，而生成粒度较细小的非晶质相SiOz即氧化硅粉。在实际生产中，硅的挥发损失量与原料粒度、加料方式和操作水平等有关。在正常生产情况下，熔炼1t工业硅生产12O～19Okg硅粉，硅粉中除含炉气氧化和歧化反应生成的SiOz微粉外，还含有1O% ～2O% 硅石和碳质还原剂等随炉气逸出的细粉。

影响硅粉生成的因素主要有炉料中焦炭与SiOz比例，炉料电阻率的大小以及炉温等。
硅粉的性质
硅粉是一种烟灰色**细粉末，随着含碳量的多少，颜色略有深浅变化，白度4O一5O容重约为200kg／m3。，真密度2．2g／cm3。。硅粉颗粒绝大部分小于1 um，较细0．O1um，用氮吸附法测得比表面积为26～36m2 ／g，是水泥比表面积的7O一9O倍，由于硅粉比表面积很大，所以它具有良好的火山灰活性和充填性。
用偏光显微镜观察硅粉的组成结果，除少量碳粉和结晶SiOz粉外，主要成分均为非晶物相。x射线衍射法的试验结果也表明硅粉中仅含有少量SiOz结晶物，绝大部分是无定形的SiOz扫描电镜的观察结果为，硅粉是由5um以下大小不等的球形颗粒组成。

硅灰的应用

1 在混凝土方面的应用
把硅粉作为掺和剂用于混凝土工业是国内外硅粉利用中研究是早、成果较多、应用较广的一个领域。由于硅粉粒度细，比表面积大，具有很高的火山灰活性，作为添加剂可以配制高强度混凝土。自1983年以来，在北美、欧洲、日本等都开始大量使用硅粉混凝土，仅1989年，挪威就有4万t硅粉用于混凝土，相当于5O万t水泥掺有硅粉，加拿大1985-1989年共使用了硅粉混凝土100万m3。硅粉加入混凝土中改善了混凝土多方面性能：

1．1 提高混凝土早期强度和较终强度
国外研究证明，当硅粉对水泥的取代率在3O％以内时，蒸养温度为8O℃，砂浆一天的抗压强度为不掺硅粉的2倍(IOOMPa)，若采用蒸压养护，则几乎达3倍(150MPa)。加拿大研究表明，当硅粉与高效减水剂复合使用时，混凝土的抗压强度为不掺硅粉的3～5倍。目前，美国、丹麦、挪威等国已有硅粉作掺和剂配制了强度高达1lOOkg／cm 的混凝土，而且工艺简单。硅粉在混凝土中的效应，随硅粉用量增加，活性和微粒对混凝土强度的影响也逐渐增强。

1．2 增加致密度
混凝土中掺入硅粉增加了起反应的硅含量，在电镜下观察，掺硅粉混凝土的水泥石空隙中有晶体生长。另外，硅粉颗粒很细小，均匀地充填了混凝土微孔，减少了微空容积，从而使致密性增强。

1．3 改善混凝土离析和泌水性能
国外研究证明，硅粉掺入量愈多，混凝土材料愈难以离析和泌水，当取代率达15％时，混凝土坍落度即使达15～20cm也不产生离析和泌水，当取代率达2O％～3O 时，混凝土直接放入自来水中也不易产生离析。

1．4 提高混凝土的抗渗性、抗化学侵蚀性和比电阻
由于硅粉的掺入提高了混凝土的密实性，大大减少了水泥石空隙，所以提高了硅粉 昆凝土的抗渗性能 国内外研究认为，当混凝土中硅粉取代率为1O％～2O 时，显着改善了混凝土的抗渗性、抗化学侵蚀性，而且对钢筋的耐腐蚀性也有改善，这是由于密实性的提高和SiO 含量的增加，有效地阻止了酸离子的侵入和腐蚀作用。另外，由于硅粉比电阻很高(1．2×1OnQ·cm)，所以混凝土比电阻可提高1．9—1．6倍，有利于保护钢筋和埋设件。目前这些技术已在港口堤岸、水电站堤坝、飞机场跑道、越江隧道、多层厂房的防渗耐油地坪等工程中得到实际应用，上海市延安中路黄浦江越江隧道等特殊工程中。

2 在水工抗磨蚀材料中的应用
南京水利科学研究院用硅粉作为添加剂配制的“硅粉砂浆”已用于葛洲坝水闸修补工程中，结果表明，“硅粉砂浆”具有以下优良性能：
1)“硅粉砂浆”具有优越的抗冲磨性能，与600号普通水泥相比，抗冲磨性能提高60％～ 150％。
2)“硅粉砂浆”显着提高了砂浆的密实性，砂浆吸水率降低到普通水泥的20 ～30％而抗渗能力大大提高，能有效地阻止有害离子的侵入，从而提高了砂浆的耐久性。
3)“硅粉砂浆”的抗压强度比普通砂浆提高45 ～66％，抗拉强度提高7％～20 ，较高强度可达11600N／cm ，“硅粉砂浆”还能促进水泥水化，提高早强。

3 作返回炉料
美国曾提出以球团形式作为电炉冶炼原料．球团的料比为每453．6kg硅石配22．7—113．4kg硅粉，制成球团，球的较大尺寸为1 9-一25ram。硅粉成球的方法多用传统的圆盘成球机，挪威、日本等国都有报道，用纸浆废液、硅酸钠、NaCI、碱或碱土金属氢氧化物等水溶液或净水作粘结剂，球团中含水率为zo％，干球密度(O．72一O．75)×10 kg／m。，在空气中经一昼夜干燥，球团即可获得足够的机械强度。经电炉冶炼证明，加入较大量的球团时，炉子运行正常。挪威埃肯公司用水调和成1O一15mm球团，在竖炉中8OO一12OO’C烧结，不会爆裂且有足够强度，可返回作冶炼原料。前苏联将它用纸浆废液作粘结剂，按3O 比例加入电炉使用，效果良好。

4 在耐火烧注料中的应用
低水泥浇注料是7O年代发展起来的一种新型耐高温耐火注料，首先由法国研制成功。
1983年美国通用耐火材料公司将低水泥浇注料用于高炉出铁沟内衬，使用寿命是原普通浇注料的3倍。
低水泥浇注料主要是配入了硅粉和高效减水剂，可以节约铝酸盐水泥5O ～7O％，冶金部建筑研究总院对低水泥浇注料的试验结果见表3。与普通浇注料相比，低水泥浇注料在气孔率、强度、耐火度等方面都有所提高。
表3 低水泥浇注料和普通浇注料性能的对比

5 在化学工业中的应用
早在几年前有人研究硅粉在制造泡花碱(水玻璃)中的应用取得成功。目前大都采用石英砂制造泡花碱，其模数不大于3．5，而使用硅粉制泡花碱，既可免去破碎、研磨石英砂对工人的危害，又可简化工艺、节约能源，并能制造出模数大于4的泡花碱，新工艺的基本原理如下：

低模数泡花碱 硅粉m+n>4

高模数的泡花碱为中性，可广泛应用于高温喷涂、铸钠、炉衬等方面。

6 在橡胶工业中的应用
据前苏联文献报道，硅粉可作为制取橡胶、树脂的矿物原料，含有硅粉填料的橡胶，其相对延伸率、拉撕裂强度和抗老化性能均得到改善。
7 其他用途
硅粉与KOH或K：CO 混合加热可制成缓效浓肥硅酸钾，它不易流失，能促进作物根部发育，抑制病虫害。硅粉还可用作化肥防结块剂。另外，前苏联还利用硅粉作硅酸盐砖，当硅粉配入7 时，砖的标号可达M25O—M300。