硅業(yè)微硅粉的發(fā)展前景

茅康林，喬 維

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

硅業(yè)微硅粉的發(fā)展前景

茅康林，喬 維

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

闡述微硅粉在我國(guó)的市場(chǎng)現(xiàn)狀和應(yīng)用情況以及微硅粉的研究進(jìn)展。對(duì)微硅粉的市場(chǎng)做出了預(yù)測(cè)，并對(duì)永昌公司微硅粉的發(fā)展前景提出建議。

微硅粉;注漿;無(wú)機(jī)填料

0 引言

云南永昌硅業(yè)股份有限公司是云南冶金集團(tuán)股份有限公司控股鐵合金生產(chǎn)企業(yè)。工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5萬(wàn)t/a金屬硅，5萬(wàn)t/a硅鐵。工程分二期建設(shè)，一期建成12.5 MVA電爐2臺(tái)，25.5 MVA電爐2臺(tái);二期建設(shè)25.5 MVA工業(yè)硅電爐3臺(tái)。從2005年開始建設(shè)，2006年硅鐵投產(chǎn)，2008年工業(yè)硅全部投產(chǎn)。一二期建成投產(chǎn)后，可年產(chǎn)副產(chǎn)品微硅粉約2.67萬(wàn)t。2007年至2009年間，微硅粉的銷售情況較好，2009年后，由于國(guó)內(nèi)新建硅鐵、工業(yè)硅爐數(shù)量的增加，微硅粉產(chǎn)量上升迅速，微硅粉開始處于無(wú)人問津的境地，至今，永昌公司還堆存著大量的微硅粉，給企業(yè)造成難題。

微硅粉是二氧化硅粉末。在冶煉硅鐵及工業(yè)硅時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的微硅粉，冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的微硅粉隨冶煉煙氣從熔煉爐中溢出，用煙氣凈化裝置加以回收利用，又名硅粉、硅灰。微硅粉平均粒徑為0.15～0.20 μm，比表面積為15 000 ～20 000 m2/kg。其主要成分為二氧化硅，含量一般為80% ～92%，雜質(zhì)成分有氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化鋁和活性炭等。

早在20世紀(jì)40～50年代，國(guó)外就開始了微硅粉的綜合利用研究，到20世紀(jì)60年代末70年代初微硅粉作為一種新材料已有工程應(yīng)用。我國(guó)對(duì)微硅粉的研究起步較晚，微硅粉利用率較低，至今還未受到廣泛的關(guān)注。

微硅粉是一種微細(xì)粉體，大量堆積會(huì)造成粉塵飛揚(yáng)，長(zhǎng)期吸入易形成矽肺病，嚴(yán)重危害環(huán)境與操作人員的健康;不僅如此，微硅粉還需要大量的堆放場(chǎng)地。所以微硅粉的回收再利用已成為生產(chǎn)企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

1 微硅粉在我國(guó)的應(yīng)用與市場(chǎng)現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)微硅粉的利用主要為混凝土工業(yè)，耐火材料添加劑、冶金球團(tuán)助劑、水泥摻和劑等，應(yīng)用范圍十分廣泛。微硅粉在我國(guó)混凝土、耐火材料、水利水電工程、工民建工程、公路建設(shè)等等方面也已有應(yīng)用實(shí)例，大部分是用于改善水泥混凝土性質(zhì)和性能，配制具有高強(qiáng)、耐磨、耐沖刷、耐腐蝕、抗?jié)B透、抗凍等特性的特種混凝土或復(fù)合水泥。以下是微硅粉在我國(guó)國(guó)內(nèi)工程上應(yīng)用得較為成功的典型實(shí)例。

葛洲壩水閘修補(bǔ)及蓄水池防滲，三峽電站、二灘電站及上海楊浦大橋，香港青馬跨海大橋等工程防滲及抗沖磨等工程，均使用了微硅粉砂漿。

遼寧鞍山國(guó)際大酒店、北京市財(cái)稅大樓使用了C50、C110型混凝土，微硅粉作為摻合劑增加了混凝土的強(qiáng)度，縮短了工期。

中石化江蘇儀征化纖公司在廠區(qū)中心干道用微硅粉混凝土修建道路，各項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)了設(shè)計(jì)要求。

廣東汕頭LPC碼頭地下儲(chǔ)氣洞室工程使用摻有30 kg/m3的混凝土，使抗壓強(qiáng)度≥25 MPa。

山西萬(wàn)家寨引黃工程采用摻量35 kg/m3的鋼纖維噴射混凝土作永久支護(hù)，抗壓強(qiáng)度在28 d后可≥40 MPa。

重慶大佛寺長(zhǎng)江大橋采用摻量7%的微硅粉配制高性能C60混凝土，通過(guò)對(duì)比，抗壓強(qiáng)度較未添加的提高了約10 MPa，坍落度降低了約15 mm。

南京化學(xué)工業(yè)公司研究院的煤氣發(fā)生爐爐襯，采用微硅粉配入和高效減水劑水泥澆注料，比原剛玉管的使用壽命提高10～20倍。

1.2 市場(chǎng)現(xiàn)狀

微硅粉的市場(chǎng)多集中在國(guó)外，不少國(guó)家成立相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)企業(yè)，專門對(duì)微硅粉進(jìn)行研究和利用。微硅粉在我國(guó)還屬于一種粗放型的工業(yè)副產(chǎn)品。大部分企業(yè)對(duì)微硅粉的回收都不夠重視，一些規(guī)模較大的企業(yè)回收回來(lái)的微硅粉，僅僅是堆放在一邊，沒有發(fā)現(xiàn)其中的價(jià)值和效益，而且這些回收回來(lái)的微硅粉硅含量大多數(shù)都不達(dá)標(biāo)，國(guó)內(nèi)的企業(yè)受其質(zhì)量的影響，大都不敢輕易購(gòu)買這些產(chǎn)品，中國(guó)的微硅粉市場(chǎng)呈現(xiàn)一種無(wú)序狀態(tài)，還有待于進(jìn)一步開發(fā)。國(guó)內(nèi)專門做微硅粉的企業(yè)甚少，產(chǎn)量較大的西北地區(qū)的幾家大的鐵合金企業(yè)，環(huán)保設(shè)備達(dá)標(biāo)，回收回來(lái)的微硅粉硅含量比較高。

前幾年，國(guó)外廠商大量收購(gòu)微硅粉，微硅粉市場(chǎng)行情一度看漲。但近年來(lái)，我國(guó)的硅鐵與工業(yè)硅電爐數(shù)量上升迅速，微硅粉的產(chǎn)量隨之上升。2010年我國(guó)工業(yè)硅產(chǎn)量約140萬(wàn)t，硅鐵產(chǎn)量約500萬(wàn)t，以平均每生產(chǎn)3 t工業(yè)硅可回收1 t的微硅粉、每生產(chǎn)5 t硅鐵回收1 t微硅粉計(jì)算，2010年微硅粉的產(chǎn)量可達(dá)到約147萬(wàn)t。國(guó)外廠商收購(gòu)的數(shù)量有限，加上我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)微硅粉市場(chǎng)的不完全開發(fā)，導(dǎo)致了微硅粉的大量堆積。微硅粉的價(jià)格與硅含量和水分、燒失度有關(guān)，硅含量為85%的微硅粉出廠價(jià)格為1 700元/t左右，2010年天津港FOB價(jià)格在250～260美元/t。

2010年的第107屆廣交會(huì)上，甘肅三遠(yuǎn)硅材料有限公司生產(chǎn)的微硅粉得到50萬(wàn)美元的訂單，預(yù)計(jì)后期還能拿到上百萬(wàn)美元的訂單。2010年其出口的微硅粉達(dá)到4.8萬(wàn)t，貨值977萬(wàn)美元，較2008年重量增加120.6%，貨值增長(zhǎng)94.6%。微硅粉正在成為采購(gòu)商青睞的商品，這也給國(guó)內(nèi)生產(chǎn)微硅粉的廠家?guī)?lái)希望。

2 微硅粉的研究進(jìn)展

微硅粉用于混凝土、耐火材料、水泥工業(yè)的技術(shù)相對(duì)成熟，可以提高混凝土的抗?jié)B、抗裂性能，可用于水泥耐火澆注料及預(yù)制件、高溫耐磨制品等。近年來(lái)，我國(guó)的一些科研院所，企業(yè)單位對(duì)微硅粉的研究也有了一些新的進(jìn)展。

2.1 微硅粉制備納米SiO2粉體

蘭州理工大學(xué)與石油化工院的張德懿、馮輝霞等人利用含SiO2＜70%的微硅粉、聚乙二醇、氫氟酸等試劑經(jīng)酸浸、水解、干燥、高溫灼燒后，得到Fe2O3/SiO2復(fù)合粉體，得到了平均 ф大約為90 nm，含量≥97%，比表面積210 m2/g的納米SiO2粉體。該粉體可作為橡膠、涂料、陶瓷等領(lǐng)域的高品質(zhì)添加劑。

2.2 微硅粉用于砂型地層注漿

東北大學(xué)李慎剛等人利用含92.16%SiO2、平均粒度為0.6 μm的微硅粉作為砂型地層注漿材料，并加入塑化劑作為注漿材料。結(jié)合三山島金礦粉礦倉(cāng)柱及大同礦務(wù)局風(fēng)機(jī)房地層工程應(yīng)用實(shí)例，以及通過(guò)可注性分析和經(jīng)濟(jì)性分析，得出了微硅粉注漿可用于治理基礎(chǔ)不均勻沉降和提高基礎(chǔ)承載力，可應(yīng)用于沈陽(yáng)地鐵工程的結(jié)論。

2.3 微硅粉制備載重輪胎冠膠

寧夏中策(長(zhǎng)城)橡膠有限公司利用天然橡膠、微硅粉、炭黑等原料制備輪胎冠膠。使用微硅粉代替部分黑膠料作為無(wú)機(jī)填料，成品物理機(jī)械性能滿足各項(xiàng)使用要求，并且降低了成本。

3 微硅粉在我國(guó)的需求預(yù)測(cè)

各種研究成果的出現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大了微硅粉的應(yīng)用范圍，部分企業(yè)得到微硅粉的大訂單也為生產(chǎn)微硅粉的企業(yè)展現(xiàn)了較為樂觀的市場(chǎng)前景。工業(yè)硅與硅鐵的副產(chǎn)品微硅粉已經(jīng)受到國(guó)外客戶的重視，道康寧公司和瓦克化學(xué)公司就在上海合資建硅氧烷與微硅粉廠，埃肯公司也將研發(fā)中心遷至國(guó)內(nèi)，并低價(jià)收購(gòu)微硅粉進(jìn)行再加工，取得了豐厚的利潤(rùn)。

現(xiàn)今我國(guó)的各大城市都在大力發(fā)展城市建設(shè)，高層建筑、鐵路、橋梁等都處于高速發(fā)展的階段，混凝土是建筑業(yè)的基本材料，利用微硅粉作為摻和劑制備高性能、高強(qiáng)度的混凝土成為趨勢(shì)。“十二五”期間，冶金、建筑、水利水電、公路工程等行業(yè)仍將保持穩(wěn)步發(fā)展，再加上國(guó)內(nèi)對(duì)微硅粉應(yīng)用研究的進(jìn)一步深入與擴(kuò)大，微硅粉的市場(chǎng)前景十分可觀。

4 結(jié)語(yǔ)

微硅粉雖在諸多領(lǐng)域已有應(yīng)用，也有了一些較為成功的應(yīng)用實(shí)例，但在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還不甚理想。微硅粉用于提高混凝土、澆注料的性能方面的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)過(guò)多方面的證實(shí)，越來(lái)越被人們熟知。但遺憾的是至今國(guó)家未出臺(tái)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)肯定微硅粉的重要作用，所以微硅粉在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用受限。我國(guó)是工業(yè)硅主要出口國(guó)，占世界出口量的60%以上，云南省就有46家工業(yè)硅生產(chǎn)企業(yè)，微硅粉的產(chǎn)量巨大，卻被作為固體廢棄物隨意堆放，不僅污染環(huán)境而且浪費(fèi)材料。通過(guò)對(duì)微硅粉市場(chǎng)及國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況的了解，針對(duì)永昌硅業(yè)公司現(xiàn)狀，提出幾點(diǎn)建議:

(1)建議行業(yè)協(xié)會(huì)的專家學(xué)者對(duì)微硅粉的再利用進(jìn)行宣傳與推廣，并修定相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)大微硅粉的應(yīng)用;

(2)企業(yè)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，將微硅粉推廣到附近水泥廠、建筑廠等;

(3)企業(yè)主管單位可率先將永昌硅業(yè)的微硅粉用在集團(tuán)內(nèi)部的建筑工程、路面工程等方面，既可提高工程質(zhì)量、降低成本，也可解決永昌公司微硅粉的堆存問題;

除以上建議之外，微硅粉生產(chǎn)企業(yè)還應(yīng)挖掘微硅粉更多的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)微硅粉變廢為寶產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的目的。

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Talking about Development Prospects of Silica Fume

MAO Kang－lin，QIAO Wei
(Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd，Kunming 650051，China)

The present market situation of silica fume in China，its practical application and research progress were introduced.A forecast on market situation of silica fume was made，and some suggestions on development prospects of silica fume in Yunnan Yongchang Silicon Industry Co.，Ltd.have been put forward.

Silica fume;grouting;inorganic filler

X75

A

1004－2660(2011)04－0055－03

2011－09－20.

茅康林(1963－)，男，浙江人，高級(jí)工程師.主要研究方向:冶金工藝設(shè)計(jì).