硅灰（微硅粉）是冶煉硅鐵、工業(yè)硅時(shí)從煙氣凈化裝置中回收的工業(yè)煙塵。我國(guó)是世界硅鐵、工業(yè)硅生產(chǎn)大國(guó)，據(jù)冶金報(bào)報(bào)道，1985年我國(guó)已形成生產(chǎn)硅鐵100萬(wàn)噸，工業(yè)硅30萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力，估計(jì)硅鐵實(shí)際年生產(chǎn)量80~90萬(wàn)噸。據(jù)此計(jì)算，我國(guó)微硅粉潛在資源每年達(dá)15萬(wàn)噸以上。
早在本世紀(jì)四、五十年代，國(guó)外就進(jìn)行了微硅粉綜合利用研究，微硅粉現(xiàn)于很多領(lǐng)域。根據(jù)已掌握的資料，本文擬對(duì)微硅粉在國(guó)外的應(yīng)用概況予以綜述，以促進(jìn)我國(guó)微硅粉綜合利用工作的開展。
一、國(guó)外微硅粉研究
挪威工業(yè)大學(xué)的Markeslad首次做了微硅粉的實(shí)驗(yàn)，1952年至1979年其間挪威先后發(fā)表了不少有關(guān)微硅粉研究方面的文章，但在本世紀(jì)七十年代以前，對(duì)微硅粉應(yīng)用的研究所做出的貢獻(xiàn)是比較小的。
八十年代以后，歐美各國(guó)和日本相繼開展了微硅粉綜合利用的研究，并求得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。加拿大與美國(guó)對(duì)微硅粉的研究始于1980年。此外，各國(guó)的生產(chǎn)廠家、大專院校根據(jù)各自情況對(duì)微硅粉的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究工作。為總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，1983年、1986年在加拿大和西班牙，由加拿大能礦與資源部技術(shù)中心和美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)主辦了第一屆和第二屆微硅粉在混凝土中應(yīng)用的國(guó)際會(huì)議。

二、國(guó)外微硅粉的產(chǎn)量
微硅粉在國(guó)外有很多叫法，在北歐各國(guó)叫凝聚硅灰（Condensed? Silica? Fume），在美國(guó)和加拿大叫硅灰（Silica? dust），也有人叫硅粉（Silica? Fume）。
據(jù)資料介紹，1981年世界主要國(guó)家微硅粉產(chǎn)量近80萬(wàn)噸，見表1
表1?? 各國(guó)微硅粉產(chǎn)量的估計(jì)（1981年）
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挪威由于硅鐵與工業(yè)硅產(chǎn)量增多，1981年以來(lái)微硅粉產(chǎn)量倍增，而日本則由于電價(jià)較貴，1983年微硅粉產(chǎn)量降為3萬(wàn)噸，目前世界微硅粉產(chǎn)量估計(jì)為110萬(wàn)噸。
三、微硅粉的物理性質(zhì)和化學(xué)成分
??? 由于微硅粉是生產(chǎn)硅鐵和工業(yè)硅的副產(chǎn)品，其生產(chǎn)條件相似，所以各國(guó)微硅粉的物理性質(zhì)和化學(xué)成分相似。
1、顏色
微硅粉呈灰白色，按含碳量多少，微硅粉顏色深淺略有不同，白度40-50，微硅粉與水泥混合后呈灰黑色，拌成混凝土后呈青灰色。
2、比重的密度
表2為微硅粉與水泥、礦渣、粉煤灰等的物理性能比較。由表可見，硅粉的比重約為水泥的2/3，但密度卻只有水泥的1/6左右。
表2?? 微硅粉與其它材料物理性質(zhì)的比較

挪威Narmen公司商品微硅粉
美國(guó)及加拿大15家工廠微硅粉平均值
微硅粉中的SiO2一般在90%以上，并且絕大部分呈非晶態(tài)。非晶態(tài)SiO2愈多，微硅粉火山灰活性愈大，在堿性溶液中反應(yīng)能力愈強(qiáng)。
四、微硅粉在國(guó)外的應(yīng)用領(lǐng)域
1、應(yīng)用于混凝土工業(yè)
把微硅粉作為摻合劑用于混凝土工業(yè)是國(guó)外微硅粉綜合利用中研究最早、成果最多、應(yīng)用最廣的一個(gè)領(lǐng)域。由于微硅粉顆粒細(xì)小，比面積大，具有SiO2純度高與強(qiáng)火山灰活性等物理化學(xué)特點(diǎn)，把微硅粉作為摻合劑加入混凝土多方面性能。
（1）????? 提高混凝土早期強(qiáng)度和最終強(qiáng)度[2-4、9]
國(guó)外研究證明，當(dāng)微硅粉對(duì)水泥的取代率為30%以內(nèi)時(shí)，蒸氣溫度為80℃，砂漿一天的抗壓強(qiáng)度為不摻微硅粉的2倍，（100MPa）；若無(wú)采用蒸壓養(yǎng)護(hù)，則幾乎達(dá)3倍（150MPa）；采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，砂漿的抗壓強(qiáng)度也明顯提高。加拿大H。H。Bache提出，當(dāng)微硅粉與高效堿水劑復(fù)合使用時(shí)，可使混凝土的水膠比（W/C+Si）降至0.13-0.18，水泥顆粒之間被硅粉填充密實(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度為不摻硅粉的3-5倍。目前，美國(guó)、丹麥、挪威等國(guó)已用微硅粉作摻合劑配置出了強(qiáng)度高大1100kg/cm2的混凝土，而且工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好，故被大量采用。
（2）????? 增加至密度[1、3]
????? 混凝土中摻入微硅粉增加了起反應(yīng)的硅含量，在電鏡下觀察，摻微硅粉混凝土的水泥石空隙中有晶體生長(zhǎng)。另外，微硅粉顆粒很細(xì)小，均勻地填充了混凝土微孔。國(guó)外用水泥注入法測(cè)定，無(wú)論哪種養(yǎng)護(hù)條件，摻微硅粉的混凝土水泥石微孔容積均明顯減少。
（3）????? 改善混凝土離析和泌水性能[1、3、9]
澆灌混凝土之后，往往產(chǎn)生水從混凝土中分離出來(lái)的現(xiàn)象，即在表層形成水膜，也稱之為浮漿，使上層混凝土分布不均勻，影響建筑質(zhì)量。國(guó)外研究證明，微硅粉摻入量即取代率Si/（Si+C）愈多，混凝土材料愈難以離析和泌水。當(dāng)取代率達(dá)15%時(shí)，混凝土坍落即使達(dá)15-20cm，也幾乎不產(chǎn)生離析和泌水；當(dāng)取代率達(dá)20-30%時(shí)，將該混凝土直接放入自來(lái)水中也不宜產(chǎn)生離析。由于微硅粉對(duì)混凝土離析和泌水性能的改善，使摻微硅粉混凝土可以用作海港、隧道等水下工程。
（4）????? 提高混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)服飾性和比電阻[1]
由于微硅粉的摻入提高了混凝土的密實(shí)性，大大減少了水泥空隙，所以提高了微硅粉混凝土的抗?jié)B性能。國(guó)外研究認(rèn)為，當(dāng)混凝土中微硅粉取代率為10-20%時(shí)，顯著改善了混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)腐蝕性，而且對(duì)鋼筋的耐腐蝕性也有改善。這時(shí)因?yàn)槊軐?shí)性的提高和SiO2含量增加，有效地阻止了酸離子的侵入和腐蝕作用。另外，由于微硅粉比電阻很高（可達(dá)1.2×1011Ω·cm，90~150℃），所以混凝土比電阻可提高1.9~16倍。
由于摻微硅粉混凝土具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以國(guó)外已廣泛使用。
微硅粉作為一種新材料已廣泛應(yīng)用，并進(jìn)行了廣泛的研究，為制定微硅粉使用的國(guó)家或國(guó)際規(guī)范奠定了基礎(chǔ)。美國(guó)、加拿大、挪威等國(guó)對(duì)微硅粉使用制定了規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)），見表3

2、作返回爐料
美國(guó)曾提出以球團(tuán)形式作為電爐冶煉原料，球團(tuán)的料比為453.6Kg硅石配22.7Kg硅粉，制成球團(tuán)。球的最大尺寸為19~25mm。球太大不易干透，加入電爐中不易破碎，影響冶煉；球太小，則料層透氣性不好，也影響爐況。球團(tuán)中含水量可達(dá)20%，密度0.83~0.92，干球?yàn)椋?.72~0.75）×103kg/m3，在空氣中經(jīng)一晝夜干燥，球團(tuán)即可獲得足夠的機(jī)械強(qiáng)度。經(jīng)電爐冶煉證明，加入較大量的球團(tuán)時(shí)，爐子運(yùn)行三周，沒有發(fā)現(xiàn)硅回收率降低和單位電耗增加的。挪威?？瞎疽苍鴮?萬(wàn)KW金屬硅爐每晝夜產(chǎn)生的100m3的微硅粉制成球團(tuán)后返回電爐進(jìn)行冶煉試驗(yàn)。不摻粘合劑，用水調(diào)和制成1~5cm直徑的球團(tuán)，在豎爐中800~1200℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后的球團(tuán)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。球加入豎爐之前不用干燥，燒結(jié)后的球團(tuán)不存在爆裂和不適應(yīng)的問(wèn)題。而且，由于不另加粘結(jié)劑，球團(tuán)中雜質(zhì)很少，因此可返回電爐作為冶煉材料。
全封閉電爐冶煉硅鐵一般采用濕法凈化煙氣，利用處理后的水洗爐氣回收的SiO2塵泥作為電爐冶煉原料，挪威?？瞎具M(jìn)行了試驗(yàn)和研究，將塵泥在回轉(zhuǎn)窯中加氧化劑或還原劑，繼續(xù)加熱到800-1400℃溫度左右，經(jīng)這樣處理可以除掉SiO2塵泥中的有害物，同時(shí)將其形成球團(tuán)。球團(tuán)中的有害物質(zhì)酚和氰化物之類的含碳物質(zhì)都被除掉，處理后的球團(tuán)可返回到金屬硅、硅冶煉中作為原料。
目前，美國(guó)、蘇聯(lián)、挪威等國(guó)均有微硅粉造球?qū)＠椭魄蛟O(shè)備。
3、應(yīng)用于水泥工業(yè)
???? 這種類似于混凝土添加材料，目前一些國(guó)家在不斷發(fā)展這方面的應(yīng)用，研制各種混合水泥，質(zhì)量?jī)?yōu)于普通水泥。
???? 蘇聯(lián)曾利用二氧化硅粉塵生產(chǎn)輕質(zhì)水泥，結(jié)果表明能降低水膠比，并具有很高的耐酸性和耐火性。
冰島和蒙特利爾各有一家生產(chǎn)微硅粉混合水泥工廠，應(yīng)用效果很好。
冰島和挪威?？瞎镜穆?lián)合企業(yè)——冰島鐵合金公司的兩臺(tái)3萬(wàn)KW半封閉旋轉(zhuǎn)硅鐵電爐，其布袋收塵器收集的微硅粉作主要副產(chǎn)品供附近水泥廠作生產(chǎn)原料用。
英國(guó)已用微硅粉生產(chǎn)出抗拉強(qiáng)度160兆帕的波蘭特水泥材料，這時(shí)目前應(yīng)用的一種抗拉強(qiáng)度最大的結(jié)構(gòu)材料，已用于制造某種彈性件。
由于微硅粉粒度很小，比面積和活性又很大，所以利用微硅粉可生產(chǎn)超細(xì)顆粒的增密水泥，采用很低的水/水泥比，較高的聚合物用量，較特殊的養(yǎng)護(hù)法，可制得強(qiáng)度10倍于普通波蘭特水泥的混凝土。這種材料可以代替鑄鐵，適合制造某種特殊工業(yè)設(shè)備的部件。
將微硅粉配加到波蘭特水泥熟料的原料里，可以提高焙燒窯的生產(chǎn)率和水泥重量。配入微硅粉18~25%時(shí)，焙燒窯的生產(chǎn)率提高10~20%，熟料經(jīng)28天的硬化養(yǎng)生后，其活性由4.7增至5.4~5.6KN/cm2。
???? 挪威、意大利、法國(guó)、西班牙等國(guó)都把鐵合金廠回收的二氧化硅粉塵送到水泥廠作為原料使用。
???? 4、作球團(tuán)粘結(jié)劑
瑞典一家鐵合金廠投產(chǎn)了一個(gè)生產(chǎn)鉻礦球團(tuán)的車間，利用該廠生產(chǎn)的FeCrSi和FeSi回收的粉塵作為粘結(jié)劑制造球團(tuán)很成功。
5、作為生產(chǎn)橡膠的填料
???? 微硅粉化學(xué)成分和主要物理性能與白碳灰相似，所以微硅粉應(yīng)用于橡膠工業(yè)是一種良好的填料。橡膠中加入二氧化硅粉塵可提高其延展率、抗撕裂及抗老化度。這種橡膠具有良好的介電性，吸水能力低。如果與碳黑同時(shí)配入原料中可增大橡膠的彈性拉長(zhǎng)強(qiáng)度和抗撕裂性。
???? 6、作防結(jié)塊劑
???? 為了肥料結(jié)塊，一般采用云母或硅藻土進(jìn)行特殊處理，造價(jià)較高。應(yīng)用微硅粉可以取代較貴的處理材料，但要準(zhǔn)確地掌握住使用的比例。挪威、法國(guó)和意大利都是采用這種方法，使防結(jié)塊劑的應(yīng)用效果很好。
???? 7、作硅酸鹽磚的原料
蘇聯(lián)黑色冶金能源環(huán)保研究所開發(fā)了利用微硅粉作硅酸鹽磚原料的工藝方法。在哈里科夫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工廠試制出配加5%微硅粉的硅酸鹽磚1萬(wàn)塊。這批試驗(yàn)性磚的各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。按磚的硬度、抗寒強(qiáng)度、吸水性相當(dāng)于M200牌號(hào)磚；如將微硅粉配加量增至7%時(shí)，磚的牌號(hào)增至M250-300號(hào)。用微硅粉制造硅酸鹽磚也減少了石灰消耗量并降低了磚的成本。
8、其它用途
????? 國(guó)外一些廠家對(duì)冶煉硅質(zhì)合金產(chǎn)生的大量二氧化硅粉塵不斷進(jìn)行研究探索，尋找可靠銷路，除了發(fā)現(xiàn)上述各種有價(jià)值的用途之外，還發(fā)現(xiàn)這種粉塵可以用于耐火材料生產(chǎn)，用于絕緣材料、防燒結(jié)劑等。例如，蘇聯(lián)利用二氧化硅粉塵制取樹脂及其它有機(jī)化合物為主的聚合物產(chǎn)品，并用作黑、白碳黑、滑石、石棉、氣熔劑等物的代用品作為添加材料。此外，微硅粉還可以用于改良土壤。例如，將微硅粉和纖維素廠或木材加工廠產(chǎn)生的廢樹皮等廢料，經(jīng)加工后形成的混合物質(zhì)，可以增強(qiáng)土壤的肥力。
????? 英國(guó)有用含微硅粉料制取硅的方法，將含微硅粉的粉料與還原劑一起送到反應(yīng)室反應(yīng)而獲得硅。
五、微硅粉的貯存、包裝和運(yùn)輸
由于微硅粉堆比重?。?.18~0.23t/m3），不易貯存、運(yùn)輸，所以國(guó)外進(jìn)行了廣泛研究。一般有幾種方法：
（1）????? 硅粉制粒、造球增大堆比重后存儲(chǔ)。
蘇聯(lián)、日本、挪威均研究成功了微硅粉制粒、造球的振動(dòng)機(jī)械。有的不配任何粘結(jié)劑，有的加入少量硅酸鈉或堿金屬的氫氧化物。拒稱制成的球粒一般為6~30mm大小，在200~250℃溫度下干燥，或以900℃焙燒，制成的微硅粉粒強(qiáng)度很高。日本、蘇聯(lián)、美國(guó)還申請(qǐng)了微硅粉制造成球的專利、建立了造球車間。
（2）????? 水化制漿
挪威里列比冶煉廠將微硅粉摻入60~65%的水，經(jīng)振動(dòng)攪拌成漿狀，泵送混凝土廠進(jìn)行利用。瑞典Alros合金公司利用50/50比例用水將硅粉制成混凝土，進(jìn)行貯存、運(yùn)輸。
???? 美國(guó)研究成功了一種制備酸化處理以后，可使水狀懸浮物保持穩(wěn)定的流動(dòng)性，而且隨時(shí)可獲得良好的再分離性。
蘇聯(lián)車?yán)镅刨e斯克電冶聯(lián)合工廠用GB92-1-A型混凝土自動(dòng)攪拌機(jī)制成粉漿，使微硅粉的密度提高到1.25~1.3t/m3。
（3）????? 微硅粉增密
挪威埃肯公司已研制成功微硅粉增密設(shè)備。據(jù)介紹，增密后的微硅粉堆的密度提高3倍以上。
六、硅粉應(yīng)用有關(guān)問(wèn)題評(píng)述
1、國(guó)外對(duì)微硅粉應(yīng)用的研究已進(jìn)入了幾十年，最近10余年研究工作多，進(jìn)展大。已把微硅粉應(yīng)用在建筑、冶金、水泥、化肥等工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。其中在建筑方面的應(yīng)用最廣泛，研究成果最多，先進(jìn)國(guó)家已進(jìn)入制定規(guī)范的階段了。
2、國(guó)外對(duì)微硅粉的應(yīng)用研究比較系統(tǒng)，從收回、存貯、運(yùn)輸、使用到機(jī)理研究，均作了大量的工作，不少國(guó)家成立了相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)，建立了相應(yīng)的生產(chǎn)廠。微硅粉在國(guó)外已進(jìn)入商品化生產(chǎn)階段。
3、微硅粉的使用帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如挪威每年可節(jié)省50萬(wàn)噸波特水泥，美國(guó)1983年在修補(bǔ)Kinzua壩消力池一項(xiàng)工程中使用微硅粉混凝土就節(jié)省了幾千萬(wàn)美元。
4、微硅粉具有大大改善了產(chǎn)品性能，帶來(lái)巨大的間接效益；如使用在水下工程，微硅粉高強(qiáng)混凝土提高抗沖磨強(qiáng)度3倍，抗空蝕強(qiáng)度14倍，微硅粉混凝土的早期強(qiáng)度好，所以常用在搶修工程上；微硅粉混凝土異乎尋常的高強(qiáng)度，使其常用在高層、大跨、耐磨、抗腐等特殊工程上。
5、從發(fā)展趨勢(shì)上看，今后微硅粉應(yīng)用還將在耐火材料、橡膠、高分子等領(lǐng)域中有較大發(fā)展。
??? 總之，微硅粉曾一度被認(rèn)為是一種嚴(yán)重污染環(huán)境的煙塵，而今經(jīng)各國(guó)的研究與利用已證明它是一種很有價(jià)值的商品。隨著人們認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的深入與發(fā)展，將會(huì)發(fā)現(xiàn)新的利用途徑，并不斷提高其使用價(jià)值