矽微粉應用概況

微矽粉（矽灰）是金屬矽或矽鐵等合金冶煉從煙（yān）氣中回收的粉塵。本文（wén）對微矽粉在國內（nèi）外的回（huí）收和在混凝土、耐火材料、水泥生產等領域（yù）的應（yīng）用情況進行了概述並對微（wēi）矽粉市（shì）場進（jìn）行了調研，在此基礎（chǔ）上進行了國內外的（de）市場預測（cè）和前（qián）景展望。
微矽粉又名矽灰、矽粉（fěn）（silica fume、micro-silica），是金屬矽或矽鐵等合（hé）金冶煉從煙氣（qì）中回收的粉塵。目前市場上銷售的微（wēi）矽粉，一部分是冶煉煙氣經過收塵器收（shōu）集後直接銷售的矽灰，也有一（yī）部分是冶煉煙氣經過收塵器收集後經過處理再（zài）銷售（shòu）的矽灰。微矽粉平均（jun1）粒徑為0.15－0.20μm，比表麵積為15000－20000m2/kg。其主要成分（fèn）為二氧化矽，含量一般80-92%，雜（zá）質成分有氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化鋁和活（huó）性炭等（děng）。礦石成分、冶煉工藝、收塵係統運行（háng）情況等都會造成成分波（bō）動。由於微（wēi）矽粉中二氧化矽屬無定型物質，活性高，顆粒細小，比表麵（miàn）積大，具（jù）有優良（liáng）的理化（huà）性能,過去被認為是一（yī）種工（gōng）業廢棄物，現（xiàn）在越來越多地被認為是一種寶（bǎo）貴（guì）資源，一種無需經過粉碎加工、廉價（jià）的超微粉體。可以廣泛應用在（zài）工程中（zhōng）使用的（de）混凝土、耐火材料、水泥等重要領域。
我（wǒ）們通過各種信息資源包括論文、網絡、電話（huà）調查、與企業座談等途徑，對微矽粉應用（yòng）及市場情況進行了調研，本（běn）文就調研結果進行綜（zōng）述，希望（wàng）以此推進（jìn）我國微（wēi）矽粉深度研（yán）究和開發應用，縮小和優勢的差（chà）距，增強在上的競爭力。
1微矽粉在國外的應用（yòng）情況
早在1947年挪威埃肯公司（sī）（Elkem ASA）就開始進行微（wēi）矽粉的生產技術、粉塵（chén）處理、分級和應用方麵的研究（jiū），成為世界上早開展微矽粉研（yán）發的企業，並始終在微矽粉收塵與處理技術上保持地（dì）位。隨後,、、日本也開始進行研發（fā）應（yīng）用，並成為微矽粉主要生產國。目前，微（wēi）矽粉年生產量為：30萬噸，15萬噸，挪威12萬（wàn）噸，日本 7萬噸。國外以微矽粉（fěn）為主可開發的應用領域（yù）有：
1.1混凝土工業（yè）的高強摻和劑
微矽粉（fěn）作為摻和劑應用於混凝土工（gōng）業是國外微（wēi）矽（guī）粉綜合利用中研究早、成果多（duō）、應用廣的一個（gè）領域。由（yóu）於微矽粉具有顆粒細小、比表麵積大、SiO2純度（dù）高、火山灰（huī）活性強（qiáng）等物（wù）理化學特點，把微矽粉作為摻和劑加入混凝土中了混凝土多方麵的性能。如顯著塑（sù）性混凝土（tǔ）粘附性能和凝聚（jù）性，大（dà）幅度降低回彈量，增大噴射混凝土一次成型厚（hòu）度，縮短工期，節省工程造價。
在需要高強度混凝土的場（chǎng）合，微矽粉（fěn）作為（wéi）摻和料（liào）配製（zhì）高強混凝土，其強度（dù）等級可以達到100 MPa。國外許多重要的高層建築物，如南瓦克大廈（xià）和德國法蘭克福BfG大廈都是采（cǎi）用了微（wēi）矽粉（fěn）做混凝土的增（zēng）強摻和劑。在發達的一些重要混凝土水利水電工程中如海洋石（shí）油鑽井平台、大跨度橋梁、隧洞等工程摻加（jiā）微矽粉可以防（fáng）滲、抗衝磨、等性能，如挪威北海石油鑽井平台，挪威Stolma跨海橋（301m跨徑LC60輕骨料混凝土建（jiàn）造），丹麥大貝爾特海（hǎi）峽大橋，連接丹麥與瑞典的厄勒（ORESUND）海峽大橋，Kinzua大壩防（fáng）滲混凝土麵板、進水（shuǐ）閘、遂洞、主廠房下部結構等。微矽粉混凝土用於公路路麵（miàn）和飛機跑道中，可以大大提高混（hún）凝土早期強度和性能，在公路路麵（miàn）的維護和搶修中，可以提前通車時間，增加（jiā）經（jīng）濟效益，如歐洲E-6和E－18高速公路（瑞典），以及倫敦非金屬（shǔ）處理（lǐ）廠高地麵處理。
在歐美，75%的噴射混凝土都摻入微矽粉，而在挪威和瑞典，微矽粉是噴射（shè）混凝土的材料（liào）。
1.2用於（yú）耐火材料（liào）的添（tiān）加劑
日本每年（nián）通過埃肯公司，從中國大（dà）量的微矽（guī）粉（fěn）用於耐火材料工業。從日本神戶製鋼耐火物研究所的研究報告來看，微矽粉主要被用作高性（xìng）能耐火澆注料（liào）、預製件、鋼包料、透氣磚、自流型耐火澆注料及幹濕法噴射材料。根據大阪工業技術研究所的提交的研究報告，在（zài）高溫陶瓷領域，如：氧化物結（jié）合碳化矽製品，高（gāo）溫型矽酸（suān）鈣輕質隔熱材料，電磁窯用（yòng）剛玉莫來石推板，高溫材料及製品，剛玉及陶瓷製品，賽龍結合製品等，微矽粉的使用具有高流動性、低蓄水（shuǐ）量、高致密度和高強度等特點。
1.3用作冶金球團（tuán）助（zhù）劑
曾將微矽粉以每453.6kg矽石配22．7kg微（wēi）矽粉的配比製成球團作為電爐冶煉原料，球的大（dà）尺寸為19－25mm。經電爐冶煉證明，加入較大量的（de）球（qiú）團時，爐子運行三周（zhōu），沒有發現（xiàn）矽回收率降低和單位電耗增加的現象。挪威埃肯公司也（yě）曾將（jiāng）2萬千（qiān）瓦金屬（shǔ）矽爐每晝（zhòu）夜生產出（chū）的100m3的微矽粉用水調和製成1－125px直徑的球團後不用幹燥直接返回（huí）電爐進行冶煉試驗，在豎爐中（zhōng）800－1200℃溫度下進行燒結，燒結後（hòu）的球團不存在爆裂和不適應的問題，具有足夠的機械強度，而且，由（yóu）於不另加粘（zhān）結劑，球團中雜質很少，因此可返回電爐作為冶煉材料。蘇聯（lián）用（yòng）紙漿廢液（yè）作粘結劑製球，球團（tuán）強度可經倒運而（ér）不碎裂（liè），按 30%比例加入電爐使用。瑞典一（yī）家鐵（tiě）合金廠利用微矽粉作鉻礦球團粘結劑使用（yòng）。
全封（fēng）閉電（diàn）爐冶煉矽鐵一般采（cǎi）用濕法淨化煙氣，利用處理後的（de）水（shuǐ）洗爐氣回收的微矽粉塵泥作為電爐冶煉原（yuán）料。挪威埃肯（kěn）公司進行了試驗和研（yán）究，將其在回轉窯中加氧化劑或還原劑，繼續加（jiā）熱到800－1400℃左右，經這樣處理可以（yǐ）除掉微矽粉（fěn）塵泥中的有害物，同時將其（qí）形（xíng）成球團（tuán）。球團中（zhōng）的有害物質酚和氰化物及瀝青之類的含碳物質都（dōu）被除掉，處理後的球團可返回到金屬矽、矽冶煉中作為原料（liào）。
目前，、、挪威（wēi）等國均有微矽粉造（zào）球和製球設（shè）備（bèi）。
1.4應用於水泥做摻（chān）和材料
作水泥（ní）原料：挪威、冰島、加拿大等的鐵合金廠收回的部分微矽粉都有作為水泥原料的報導。蘇聯指出，在生產波特（tè）蘭水泥的原料中配入18-25% 的矽粉，可提高水泥窯的產量和水泥（ní）質量，窯的生產能力（lì）提高10-20%水泥養護28天後，抗壓強度由47Pa提高到54-56MPa。
做水泥混合材生產混合水泥：冰島水泥公司（sī）將製成球（qiú）狀的微矽（guī）粉與熟料一起研磨生產含微矽粉約6%的混（hún）合水泥，應用效果很好。1982年法國拉（lā）法基（Lafarge）水泥公司用微矽粉（fěn）摻在波特蘭熟料（liào）中生（shēng）產的混合水（shuǐ）泥就已進入市場。加拿大也製訂了混合水泥（ní）的標準，混合水泥（ní）要求微矽粉（fěn）摻入（rù）量在10%以內，微（wēi）矽粉中SiO2 含量大於85%，燒失量＜6%。生產超密水泥：日本電氣化工業株式會社從丹麥迪西脫（DENSIT）公司引進了以“DENSIFIED”命名的超密水泥。這種水泥主要由微矽（guī）粉、外加劑和水泥熟料等配製而（ér）成。用它能製（zhì）成（chéng）致密度高的混凝土，其強度比普通混凝土增強2-3倍，有良好的耐腐蝕性（xìng）、絕緣性、性、抗滲性、抗凍（dòng）性及（jí）對氯離子的阻擋性能等。丹（dān）麥已將這種水泥用於、食品工廠和重型機（jī）械廠的地麵及要求絕緣和阻擋氯離子的（de）防蝕層、水工混凝土工程等，還可以代替部（bù）分（fèn）金屬製品。丹麥蝕研究中心正在研究所用這種水泥（ní）作（zuò）鋼鐵的塗層原子能研究所正在研究用它作放射性廢棄物的（de）保護隔（gé）離材料。
1.5用作化工產品的分散（sàn）隔離劑
為了防止某些（xiē）化工合成（chéng）粉體結塊，曾經采用雲母進（jìn）行包覆處理，造價較高。應用微矽（guī）粉可以取代較貴（guì）的處理（lǐ）材料，但要準確地掌握（wò）使（shǐ）用的比例。挪威、法國和意（yì）大利都是（shì）采用這種方（fāng）法，使分散隔離劑的應用（yòng）效果很好。這種分散隔離劑廣泛用於微細農藥、化肥、滅火劑等產（chǎn）品，如Borax、蘇格蘭METHIL DOCKS化（huà）肥廠。
1.6其他方（fāng）麵
國（guó）外一些廠家對冶煉矽質合金產生的大量微矽粉不斷進行研究探索，尋（xún）找更多的用途。例如，開發了利用微矽粉作矽酸鹽磚原料的工藝方法，並試製出配（pèi）加 5%微矽粉的矽酸鹽磚（zhuān），按磚的硬度、抗寒強度、吸水（shuǐ）性相（xiàng）當於M200牌號磚，如將（jiāng）微矽粉配加量增至7％時，磚的牌號增至M250－300號，這批試驗（yàn）性磚（zhuān）的其他指標均符合標準要求利用微矽粉填充樹脂及其他高分子聚合物產品，替代（dài）白碳黑（hēi）、滑石、石棉、氣（qì）溶膠等填（tián）充材料，可提（tí）高延伸縮、抗撕裂和度性（xìng）能微矽粉還可以用於農肥和（hé）改良土壤品種，如將微矽粉與氫氧化鉀或碳酸鉀（jiǎ）混合（hé）加熱可製成緩農肥（féi）矽酸鉀，它（tā）不易揮發流失，能保護土壤，作（zuò）物根部（bù）發育，抑製病蟲害，以及將微矽粉和纖維素廠或木材工廠生（shēng）產的廢樹（shù）皮（pí）等廢料經加（jiā）工後形成混合物質，可以增強土壤的肥（féi）力。
2微（wēi）矽粉在我國的應（yīng）用
2.1微矽粉在我國（guó）的生產和應用現（xiàn）狀
我（wǒ）國對微矽粉的應用研究和回收利用起步較晚，大部分矽鐵（tiě）生產（chǎn）企業對微矽粉的回收不夠重視，一些規模較大的企業盡管回收（shōu）了微矽粉，但沒有發現其中的價值，而且這些回收來的微矽粉二氧化矽含量大多數都不達標，尚屬粗放型的工（gōng）業（yè）副產品（pǐn）。近幾年，由於對的重（chóng）視，逐步加強了對汙染企業的管理，特別（bié）是國內對高強混凝土需求（qiú）的增加，許（xǔ）多鐵合金生產企業配備了收塵設備，並開發、引進了加密技術。我國微矽粉產品發展很迅速（sù），在該領域與國外的差距正在縮小。高強度混凝（níng）土、微矽粉噴射混凝土、複合增（zēng）強密度劑、矽粉砂漿、低水泥澆注料（liào）等科研成（chéng）果都已通過了部級或省（shěng）、市級技術鑒定，並已在許多工程中應用，技術經濟效果顯著。有的應用技術已接近或達到了國外八十年代初的水平。
目前大多工業矽廠每生產三噸工業矽可回收一噸微（wēi）矽粉。每生產（chǎn）五噸矽鐵可回收一噸微矽粉。據不（bú）統計，2004年我國微矽粉產量達（dá）到12萬噸以上，其中大部（bù）分含（hán）SiO2為90％以下品級。
我國微矽粉的主（zhǔ）要（yào）用途也是在混凝土（tǔ）和耐火材料領域。微矽粉混凝土已應用（yòng）在（zài）重要工程如建造高層大廈、抗衝刷磨損、抗滲漏等工（gōng）程，早在1986年我國已將矽砂漿應用於葛（gě）洲壩水閘的修補和（hé）2000-3000m3蓄水池（chí）的防滲，三峽電站（zhàn）、二灘（tān）電站、紫坪鋪電站、黃河小浪底電站、福建（jiàn）水口電站、青海龍羊峽電站等水利水電工程和（hé）上海楊（yáng）浦（pǔ）大橋、香港青馬跨海大橋、江蘇連雲港木材碼頭等（děng）工程的防滲及抗衝磨部位，以及用於高強度抗滲工程如上海黃埔江越江隧道工程微矽粉混凝土還用於（yú）抗硫酸鹽、氯酸鹽、鋼筋防鏽和提高耐久性工程，如我國在沿（yán）海建造的水下采油平台等微矽粉混凝土用於鐵路公路，如重點工程青藏鐵路建設項目也較（jiào）多地采用（yòng）微矽（guī）粉產品。
微矽粉在耐火材料中主要應用於不定形（xíng）部分。我國冶金部建築研究總院自1985年開始進行低水（shuǐ）泥澆注料研究（jiū），1988年通過部級鑒定（dìng）。它已在寶鋼、首鋼熱工設備上使用，有的已由國產材（cái）料代替了日本（běn）材料。低水泥澆注料和普通澆注料都使用鋁酸鈣水（shuǐ）泥，配入微矽粉和減水劑後，低（dī）水泥澆注料不僅能節約昂貴的鋁酸鹽水泥50-70%，而且性能（néng）還得到提高。至今水泥澆注料已經用於許多工程，如用於寶鋼高爐鐵溝蓋代（dài）替原（yuán）日本澆注料，節約大量外匯用於首鋼250 步進（jìn）式加熱爐和（hé）430加（jiā）熱爐燒（shāo）咀（jǔ）磚上用於首鋼500開（kāi）坯加熱爐汽流（liú）衝刷磨損嚴重的部位用於南京化學工業公司研究院的（de）煤氣發生爐爐襯，使（shǐ）用壽命達到68天，比原剛玉管的使用壽命提高10-20倍。近幾年，在一些研究機（jī）構、產品開發機構的大力推廣下，微矽粉已逐步在工程板材、地坪、塗料、功能砂漿等領域獲得應用。
另外，微矽粉在其他領域的應用（yòng）也有進展（zhǎn），如上海星火化工廠已將微矽粉應用於（yú）水玻璃（lí）生產，可在簡化工藝的情況下，生產（chǎn）出模數大於4的水玻璃。模（mó）數4以上的水玻璃為中性，可廣泛用於高（gāo）溫噴塗、鑄鋼等方（fāng）麵。上海寶鋼已（yǐ）使用了這種水玻璃。
2.2微矽（guī）粉的價格現狀
目前微矽粉的市場（chǎng）價格每噸為1800～3800元， 根據（jù）微矽粉中SiO2含量、用途（tú）的不同，市場上微矽粉（fěn）的價格也不同，一般地，如果不考慮（lǜ）粒度、燒失量等因（yīn）素，SiO2的含量越高、雜質含量越低，售價就越高。隨著市場對微矽粉需求量的增大，價（jià）格有走高的（de）趨勢。
3微矽粉的市場需求預測
3.1國（guó）外微矽粉市場（chǎng）需求
目前市場微矽粉需求量逐年增（zēng）加， 國外微矽粉的主（zhǔ）要生產國如、、日本、挪威等（děng）微矽粉總產量大於64萬噸/年，仍然（rán）不能滿足市（shì）場（chǎng）的需求。由於中國矽鐵和金屬矽在上的產（chǎn）量處於突（tū）出的地（dì）位（2006年約占世界產量的2/3），所伴生的微矽粉受（shòu）到國外終（zhōng）端客戶的重視，國外客商紛紛（fēn）到中國采購微矽粉，如挪威的埃肯公司，不僅逐漸投資（zī）壟斷（duàn）資源，而（ér）且已將研發中心（xīn）遷到中國，每年都會（huì）將中國西（xī）北鐵合金等國內大部分鐵合金廠家的微矽粉以低（dī）價大量收購，在（zài）國內進行加工後（hòu）再高價賣到中（zhōng）國（guó）和市場上用於建築、水泥、化肥（féi）等領域，年銷售微矽粉達25萬噸，利潤不菲。從有關（guān）資料的了解，國外微（wēi）矽粉市場龐大，高質量微矽粉應用領域廣泛，但是高品質的微矽粉產量很少。根據與埃肯公司（中（zhōng）國）研究中心（xīn）主任的座談了（le）解，該公司在挪（nuó）威已經利用廉價水電在高溫電弧爐中用矽石專門直接生產高純微（wēi）矽粉（實際上是氣相白碳（tàn）黑），這種微矽粉的價格（gé）高達（dá）5000美元/噸（dūn）。
3.2國內微矽粉（fěn）市場需求
目前高層建築、鐵路、橋梁、水工建築等對微矽粉的需求與日俱增，市場潛力巨大。混凝土是建築業的基本（běn）材料（liào），微矽粉的加入使高強度、高性能混凝土成為可能（néng），雖然高性能混凝土並不是單指摻加微矽粉，其他填料如粉煤灰、高爐渣等都能提高混（hún）凝土的性能，但是微（wēi）矽粉的摻加在（zài）混凝土綜合性能方麵更勝一籌，添加微矽粉後（hòu）水泥（ní）的摻加量會明顯降低。
我國是世（shì）界耐火材料大消費國（guó），微矽粉在耐（nài）火（huǒ）材（cái）料中（zhōng）的應用技術相對成熟，而且從我國耐火材料的發展趨（qū）勢看，由於“十（shí）一五”期（qī）間，冶金、建材等行業將保持穩步發展，耐火材料需求總量（liàng）仍（réng）然很大，並將繼續（xù）保持快速增長的趨勢。可（kě）以用於高低水泥耐（nài）火澆注料及預製件、大型鐵溝及鋼包料、透氣磚、塗抹修補（bǔ）料、自流型耐火澆注材料及幹濕法噴射（shè）施工應用、氧化物結合碳化矽製品（陶瓷窯窯具、隔焰板等）、高溫型矽酸鈣輕質隔熱材料、電瓷窯用（yòng）剛玉莫（mò）來石推（tuī）板、高溫材料及製品、剛玉及陶瓷製品、賽隆（lóng）結合製品等（děng），微矽粉在耐火材料中的應用（yòng）具有（yǒu）廣闊的市場空間。另外，微矽粉還可以代替氣相二氧化矽在橡膠、塑料、油漆（qī）、農藥、高性能（néng）陶瓷、複合化肥等（děng）領域使用。