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硅粉的收集、作用機理及應用

上傳作者:admin 更新時間:2019-07-10 閱讀量:505次

1硅粉的成份及收集

鐵合金廠生產過程中,工業硅及硅鐵在高溫熔煉過程中會排出大量帶有粉塵的高溫廢氣。這種廢氣直接排入大氣會造成嚴重的環境污染,而廢氣中粉塵主要的含量是SiO2粉塵,它是高溫氣化SiO2冷凝形成的細小球形顆粒,幾乎在重量上占90%左右。而這種硅粉又是重要的原材料,它可以廣泛地應用于建筑工程、水利工程、耐火材料等領域,市場前景極其廣闊。因此,對廢氣處理,收集硅粉,是既有利于環保又具有很高經濟價值的一舉兩得的好事。

通過鐵合金廠收集到的硅粉,一般還需經過提純、加密,***終成為商品硅粉,商品硅粉在工程上又稱為硅灰、硅微粉、微硅粉。它的主要成份是SiO2,其次還有少量的Al2O3、CaO、K2O、Fe2O3、MgO等物質。下面就是我公司硅粉的成份。[1]

試驗項目 Sio2 Al2o3 Cao K2o Fe2o3 Mgo H2o Na2o 燒失量指標(%) 90.36 0.11 0.25 2.0 0.36 1.09 1.21 0.30 4.14國家對硅粉的品質有相應的國家標準要求。在化學性能上主要要求SiO2含量≥85%,燒失量≤6%,含水率≤3%。在物理性能上主要要求比表面積≥15000m2/kg。在膠砂性能上要求,火山灰活性指數≥85-90%[2][3]。

2.硅粉在混凝土中的作用機理

生產的硅粉平均粒徑度為0.1um,僅為水泥平均粒徑的幾百分之一,摻入水泥混凝土后能很好地填充于水泥顆??障吨?,使漿體更致密。硅粉還具有火山灰反應,即硅粉接觸拌合水后,首先形成富硅的凝膠,并吸收水分,凝膠在尚未水化的水泥顆粒間聚集,逐漸包裹水泥顆粒,水化產物Ca(OH)2與上述硅凝膠的表面反應生成C-S-H凝膠,該水化物凝膠強度高于Ca(OH)2晶體。C-S-H凝膠的產生多處于水泥水化的C-S-H凝膠孔隙中,大大提高了混凝土的結構密度。因此具有優異的火山灰效應和微粒效應,能改善新拌混凝土的泌水和粘聚性。主要作用表現為:①增加強度:用硅粉代替部分水泥加到混凝土中,增加了密度和凝聚力,使混凝土抗壓抗折強度大大增強,摻入5%~10%的硅粉,抗壓強度可提高10%~30%,抗折強度提高10%以上。②增加致密度:硅粉可均勻地充填于水泥顆??障吨?,使混凝土更加致密,克服了混凝土常見的空隙弊病,對滲水性、碳化深度進行測試,結果表明,抗滲性可提高5~18倍,抗碳化能力提高4倍以上[4]③抗凍性:測試表明硅粉混凝土在經過300~500次快速凍融循環,相對動彈性模量降低1%-2%,而普通混凝土僅通過25~50次循環,相對動彈性模量降低36%~73%。[4]④早強性:硅粉加入混凝土后,與游離的Ca(OH)2結合,從而降低Ca+2和OH-的濃度,使誘導期縮短,促進C2S水化,表現了硅粉使混凝土早強的特性,有資料介紹,硅粉能將混凝土18小時強度可提高30%。⑤抗沖磨、抗空蝕性:我國水工建筑物60%以上受不同程度的沖磨、空蝕破壞。經測試表明,硅粉混凝土比普通混凝土抗沖磨能力高0.5~2.5倍,抗空蝕能力提高3~16倍[4]。

3.硅粉混凝土的應用

在混凝土中加入硅粉及緩凝減水劑等,其性能得以改善,因此被廣泛使用,目前主要應用于:①水利工程:硅粉混凝土有良好的防水、抗滲、耐沖磨和抗空蝕性。廣泛用于修建電站、水壩、河道等,目前硅粉在二灘電站、紫坪鋪水利樞紐、黃河小浪底水利樞紐工程中大量使用,取得了很好效果。②建筑工程:混凝土中加入硅粉后具有早強性、高強性,大量實用于廠房建設、高層建筑,如遼寧鞍山國際大酒店C50砼、北京市財稅大樓C110砼等,既可縮短工期,又可經濟地增加強度。③公路建設:充分利用硅粉混凝土的高強、耐磨和早強性能,可以修建高等級公路、機場跑道、路面的搶修、公路隧道等,儀征化纖公司用硅粉混凝土修筑公路,24小時后抗壓即達25Mpa以上,超過設計要求的C20,28天達50Mpa以上,超過要求的C40,抗磨能力提高一倍,半天形成通車能力。④港口、橋梁、鹽水工程:混凝土中摻入硅粉大大增加致密度,同時硅粉混凝土具有很高的電阻率,不易形成銹蝕大電池,遏制了銹蝕的擴展。香港青馬大橋、江蘇連云港木材碼頭、重慶大佛寺長江大橋就是成功應用范例。⑤噴射混凝土:硅粉加入噴射混凝土中能顯著改善塑性混凝土的粘附性和凝聚性,大幅度降底回彈量,增大噴射混凝土一次成型厚度。在歐美,75%的噴射混凝土中摻加了硅粉,而在挪威和瑞典,硅粉則是噴射混凝土必備材料。

4.硅粉在耐火材料上的作用

硅粉作為一種新原料,在耐火行業普遍使用,它對不定形耐火材料的改善有重要作用,表現為:①傳統耐火材料中有眾多孔隙,硅粉充填于孔隙中,提高了體積密度和降低氣孔率,強度可以明顯增強。②硅粉有很強的活性,在水中能形成膠體粒子,加入適量的分散劑,可增強其流動性,從而改善澆注料的性能。③硅粉在水中易形成-Si-OH基,具有較強的親水性和活性,能增強耐火材料的凝聚,同時對高溫性能有較大的改善,并可延長耐火制品的使用壽命。

硅粉在耐火行業得到廣泛應用。實際應用在以下幾方面:①代替純鋁氧化泥作耐火材料。②作添加劑生產不定形和定形耐火制品,使其強度、高溫性能大大地改善。③作盛鋼桶整體的澆注結合促凝劑。④作其他耐火制品的粘聚劑、結合劑、促凝劑、添加劑。

5.硅粉用于其他用途

1)水泥工業:在水泥中添加硅粉后,性能得到改善,質量、標號都大大提高。

2)橡膠工業:橡膠加一定量硅粉后,其延伸率、抗撕裂性和抗老化度有很大提高,這種橡膠還具有良好的介電性,吸水能力低。

3)作防結塊劑:代替云母或硅藻土作防止肥料顆粒結塊的原料。

4)作球團粘合劑:硅粉的表面積大,吸附性強,在國外作球團礦的粘合劑取得顯著效果。

5)在水玻璃行業:可代替石英礦,生產出模數為4的水玻璃。

6)在油田井下固井的使用:吉林油田、遼河油田、克拉瑪依油田等,都大量使用硅粉,并有很好的使用效果。

7)在絕緣材料、防水材料、油漆、涂料、印刷工業等都得到應用。

由于硅粉具有高細度、高活性、高純度等優良特性,在很多領域被逐步地認識使用,作為一種新產品有廣闊的發展和應用前景。

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