1.生產(chǎn)過程：
– 冶煉：在高溫的礦熱電爐中，石英砂和碳質(zhì)還原劑發(fā)生還原反應(yīng)，生成硅鐵或工業(yè)硅。在此過程中，會產(chǎn)生高溫的SiO?和Si氣體。
– 排放與氧化：這些氣體從電爐中排放出來后，迅速與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。
– 冷凝沉淀：氧化后的物質(zhì)在特定的收集設(shè)備中冷凝沉淀，形成微硅粉。
– 收集與處理：收集到的微硅粉通常還需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理，如篩分、提純等，以滿足不同的應(yīng)用需求。
2.生產(chǎn)流程：
– 原料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備好石英砂、碳質(zhì)還原劑等原料。
– 冶煉過程：將原料加入礦熱電爐中進(jìn)行冶煉，產(chǎn)生SiO?和Si氣體。
– 氣體排放與氧化：將產(chǎn)生的氣體排放到空氣中，使其與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。
– 冷凝沉淀：將氧化后的物質(zhì)通過冷凝沉淀設(shè)備進(jìn)行收集，得到微硅粉。
– 收集與處理：對收集到的微硅粉進(jìn)行篩分、提純等處理，以提高其質(zhì)量和純度。
– 包裝與儲存：將處理后的微硅粉進(jìn)行包裝，儲存?zhèn)溆谩?/p>
需要注意的是，微硅粉的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的煙塵和廢氣，需要進(jìn)行有效的環(huán)保處理，以減少對環(huán)境的污染。同時，微硅粉的質(zhì)量和純度也會受到多種因素的影響，如原料的質(zhì)量、冶煉工藝、收集設(shè)備等，因此需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測。
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一、加密微硅粉硅灰
- 運(yùn)輸和儲存方面
- 加密后的微硅粉硅灰不易飛揚(yáng)，便于運(yùn)輸和儲存，減少了在運(yùn)輸過程中的損失和對環(huán)境的污染。
- 能更好地保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性，避免因飛揚(yáng)而導(dǎo)致的成分變化。
- 應(yīng)用場景方面
- 在一些對粉塵控制要求嚴(yán)格的場合，如電子車間、精密儀器制造等環(huán)境中，加密微硅粉硅灰更適用。
- 在混凝土攪拌站等場所，加密后的微硅粉硅灰能更方便地進(jìn)行計(jì)量和添加，提高生產(chǎn)效率。
二、不加密微硅粉硅灰
- 反應(yīng)活性方面
- 不加密的微硅粉硅灰通常具有更高的反應(yīng)活性，因?yàn)槠漕w粒表面未被過多處理，能更迅速地與其他材料發(fā)生反應(yīng)。
- 在某些需要快速反應(yīng)的領(lǐng)域，如特種水泥制造、耐火材料中，不加密的微硅粉硅灰可能效果更好。
- 成本方面
- 一般來說，加密的微硅粉硅灰生產(chǎn)成本相對較低，價(jià)格可能更為便宜。
- 對于一些對成本控制要求較高的項(xiàng)目，加密的產(chǎn)品可能是更經(jīng)濟(jì)的選擇。
一、準(zhǔn)備工作
- 原材料準(zhǔn)備：
- 基準(zhǔn)水泥：符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的水泥。
- 微硅粉：待測樣品。
- 標(biāo)準(zhǔn)砂：滿足規(guī)定要求的標(biāo)準(zhǔn)砂。
- 水：符合混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)的水。
- 設(shè)備準(zhǔn)備：
- 水泥膠砂攪拌機(jī)。
- 振實(shí)臺。
- 試模。
- 養(yǎng)護(hù)箱。
- 壓力試驗(yàn)機(jī)等。
二、試驗(yàn)步驟
- 基準(zhǔn)組制備：
- 按照一定比例稱取基準(zhǔn)水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂和水，用水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌均勻。
- 將攪拌好的膠砂裝入試模，在振實(shí)臺上振實(shí)成型。
- 成型后的試件放入養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，分別在 7 天和 28 天時取出進(jìn)行強(qiáng)度測試。
- 試驗(yàn)組制備：
- 稱取一定比例的微硅粉與基準(zhǔn)水泥混合，再加入標(biāo)準(zhǔn)砂和水，攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)的步驟與基準(zhǔn)組相同。
三、強(qiáng)度測試與計(jì)算
- 強(qiáng)度測試：
- 使用壓力試驗(yàn)機(jī)分別對養(yǎng)護(hù) 7 天和 28 天的基準(zhǔn)組和試驗(yàn)組試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。
- 活性指數(shù)計(jì)算：
- 7 天活性指數(shù)計(jì)算公式：試驗(yàn)組 7 天抗壓強(qiáng)度÷基準(zhǔn)組 7 天抗壓強(qiáng)度×100%。
- 28 天活性指數(shù)計(jì)算公式：試驗(yàn)組 28 天抗壓強(qiáng)度÷基準(zhǔn)組 28 天抗壓強(qiáng)度×100%。
硅灰中SiO2含量很高，一般都在60%-98%，在其形成過程中也夾帶有少量雜質(zhì)，如游離C、Fe2O3、CaO、K2O、NazO等。硅灰的顏色隨著 Fe2O3含量得增高色澤由白灰白到灰、深灰變化。就其質(zhì)量而言，SiO2含量越高,顏色淡白為好。一般認(rèn)為SiOg含量大于75%的硅灰可應(yīng)用于水泥、混凝土等領(lǐng)域。
硅灰的顆粒很細(xì)小粒度一般在微米級，是一種超微固體物質(zhì)。硅灰的比表面積可達(dá)20-25m/a比粉煤灰大50-70倍左右，比水泥約大80-100倍。
硅灰在冷凝相變過程中受到表面張力的作用形成了非結(jié)晶相無定形的圓球顆粒，目表面較為光滑，有些可能是兩個或多個圓球粒粘在一起的團(tuán)聚體。硅灰是一種比表面積很大，活性很高的火山灰物質(zhì)。
硅灰作為摻和劑應(yīng)用干混凝十工業(yè)是國外微硅粉綜合利用中研究最早，成果最多，應(yīng)用最廣的一個領(lǐng)域。
由于微硅粉具有顆粒細(xì)小、比表面積大、SiO純度高、火山灰活性強(qiáng)等物理化學(xué)特點(diǎn)，把微硅粉作為摻和劑加入混凝土中改善了混凝土多方面的性能使其強(qiáng)度等級可以達(dá)到100MPa。
硅灰還可用于耐火材料的添加劑。優(yōu)質(zhì)硅灰主要被用作高性能耐火澆注料、預(yù)制件、鋼包料、透氣磚、自流型耐火澆注料及干濕法噴射材料。
在冶煉中硅灰用作冶金球團(tuán)助劑。同時硅灰還可用于化工產(chǎn)品的分散隔離劑、硅酸鹽磚原料、緩農(nóng)肥硅酸鉀等。
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- 微硅粉的化學(xué)成分及性質(zhì)(見表1）
微硅粉的化學(xué)成分
| ?L.O.S | ?SiO2 | ?AL2O3 | FE2O3 | CaO | MgO |
| ?1.69 | ?95.62 | ?0.64 | ?0.05 | ?0.18 | ?0.09 |
微硅粉運(yùn)用于混凝土中的作用原理是填充顆粒空隙，提高體積密度和降低孔隙率。同時微硅粉在混凝土中具有火山灰反應(yīng) ,微硅粉水化形成的富硅凝膠，與水泥水化凝膠C-S-H共同工作，強(qiáng)度高于Ca（OH）2晶體。
二、實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果
我們分別在P. O42.5和P.C32.5強(qiáng)度等級水泥中加人5%、3%的微硅粉。通過試驗(yàn)可以看出:
(1)無論加3%和加5%微硅粉, 對水泥3d強(qiáng)度影響不大;
(2)加5%的微硅粉。對P·O42.5和P.C32.5 28d強(qiáng)度分別增加10MPa和8.6MPa;
(3)加3%的微硅粉,對P·O42.5和P·C32.5 28di強(qiáng)度分別增加7.9MPa和6.0MPa。
三、結(jié)語
(1)普通混凝土工程在惡劣的環(huán)境中可能短時間內(nèi)受到嚴(yán)重?fù)p壞，從而威脅工程質(zhì)量大大降低工程的使用壽命。而采用水泥、硅粉和粉煤灰及減水劑配制出滿足各方面安求的高性能棍凝土，成功應(yīng)用于各過程中。混凝上性能得到顯著改善，經(jīng)過大址耐久性、凍融性等試驗(yàn)證明微硅粉在混凝土中是無害的。
(2)同理如果在水泥中加人一定比例的微硅粉，一樣能改善水泥的性能，還能降低能耗。
(3)經(jīng)過實(shí)踐，使生產(chǎn)水泥成本降低10元左右，在有條件的地方非常適合推廣。
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為何混凝土中需要加入微硅粉？
1、微硅粉制造高強(qiáng)度混凝土( C70 以上)，顯著提高混凝土的強(qiáng)度和泵送性能;
2、制造高抗?jié)B(≥ P30 )、結(jié)構(gòu)自防水混凝土，用于地鐵、隧道、高層建筑物的地下室;
3、微硅粉粒度大小分布合理，致密性強(qiáng)，硬度大，耐磨性能好，可大幅度提高固化物的抗拉、抗壓、抗沖擊強(qiáng)度和耐磨性能，抗沖磨能力能提高0.5—2.5倍。
4、微硅粉能增大導(dǎo)熱系數(shù)，改變膠粘性和增加阻燃性能。
5、能降低環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的放熱峰溫度，降低固化物的線膨脹系數(shù)和固化物的收縮率，從而消除內(nèi)應(yīng)力，防止開裂。
6、由于微硅粉的粒度細(xì)，分布合理，能有效的減少和消除沉淀，分層現(xiàn)象；
7、微硅粉質(zhì)純，雜質(zhì)含量低，物化性能穩(wěn)定，使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。
8、制造海工和化工混凝土，由于其高致密性能，有效阻止硫酸鹽及氯離子對混凝土的滲透、侵蝕，避免混凝土鋼筋受到腐蝕，從而延長混凝土的壽命;
9、微硅粉的化學(xué)成分為二氧化硅(SiO2)，屬惰性物質(zhì)，與大部分酸、堿不起化學(xué)反應(yīng)，微硅粉均勻分布、覆蓋在物件表面，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，抗空蝕能力提高3—16倍。
10、微硅粉堆積密度?。阂环N在0.2-0.8之間，一種在1.0-2.2之間。作為聚合物填充材料，較其他礦物性填品用量少，裝載重量小，節(jié)省聚合物用量，因此可降低產(chǎn)品成本。
11、微硅粉抗凍性：微硅粉在經(jīng)過300—500次快速凍解循環(huán)，相對彈性模量隆低10—20%，而普通混凝土通過25—50次循環(huán)，相對彈性模量隆低為30—73%。因此可以提高混凝土的抗凍性。
12、微硅粉早強(qiáng)性：微硅粉混凝土使誘導(dǎo)期縮短，具有早強(qiáng)的特性。這些特性都是很好的!
13、微硅粉在水利、高速公路、橋梁工程項(xiàng)目中，混凝土不僅需要上述基本指標(biāo)，更對其耐磨、耐沖刷有非常苛刻的要求，摻入微硅粉非常必要;
14、微硅粉極強(qiáng)的活性，具有減水性能，適用于快速施工需要的早強(qiáng)、高強(qiáng)混凝土的外加劑; 隧道、地鐵、大型基坑結(jié)構(gòu)施工過程中用于支護(hù)的高強(qiáng)噴射混凝土的外加劑;水下施工項(xiàng)目(如：橋墩、大壩、鉆井平臺等)用的混凝土的外加劑;
一、 摻量：
一般為膠凝材料量的5-10%。微硅粉的摻加方法分為內(nèi)摻和外摻：
1、內(nèi)摻：在加水量不變的前提下，1份硅粉可取代3-5份水泥（重量）并保持混凝土抗壓強(qiáng)度不變而提高混凝土其它性能。
2、外摻：水泥用量不變，摻加微硅粉則顯著提高混凝土強(qiáng)度和其它性能。混凝土摻入微硅粉時有一定坍落度損失。這點(diǎn)需在配合比試驗(yàn)時加以注意。
微硅粉須與減水劑配合使用，建議復(fù)摻粉煤灰和磨細(xì)礦渣以改善其施工性。
用微硅粉配制混凝土?xí)r，一般與膠凝材料的重量比為：
（一）高性能混凝土：5-10%；
（二）水工混凝土：5-10%；
（三）噴射混凝土：5-10%；
（四）助泵劑：2-3%；
（五）耐磨工業(yè)地坪：6-8%；
（六）聚合物砂漿、保溫砂漿：10-15%；
（七）不定形耐火澆注料：6-8%。使用前請根據(jù)實(shí)際需要通過實(shí)驗(yàn)選定合理、經(jīng)濟(jì)的摻量。
二、摻加方法：
微硅粉混凝土及澆注料應(yīng)由試驗(yàn)室作出施工配合比。嚴(yán)格按照配合比施工。在微硅粉混凝土的攪拌中微硅粉應(yīng)在骨料投料之后立即加入攪拌機(jī)。加入方式有兩種程序：
（1）投入骨料，隨后投入微硅粉、水泥干拌后，再加入水和其它外加劑。
（2）投入粗骨料+75%水+硅灰+50%細(xì)骨料，攪拌15-30秒，然后投入水泥+外加劑+50%細(xì)骨料+25%水，攪拌至均勻。攪拌時間比普通混凝土延長20-25%或50-60秒。切忌將硅粉加入已拌和的混凝土中。
三、施工方法：
微硅粉混凝土與普通混凝土的施工方法并無重大區(qū)別，但施工中良好地組織與振搗密實(shí)很有必要。微硅粉混凝土早強(qiáng)的性能會使終凝時間提前，在抹面時應(yīng)加注意；同時摻加微硅粉會提高混凝土的粘滯性和大幅度減少泌水，使抹面稍顯困難。
四、施工安全：
微硅粉混凝土施工安全應(yīng)嚴(yán)格按照混凝土工程的有關(guān)國家施工規(guī)范進(jìn)行操作，但因微硅粉較輕，嚴(yán)禁高空拋灑材料，防止微硅粉飛揚(yáng)。
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2．輕質(zhì)
由于泡沫混凝土的密度小，在建筑物的內(nèi)外墻體等部位使用，可使建筑物自重降低，二硼化鈣，可以節(jié)約建筑材料和工程費(fèi)用，大幅度減少工程量，納米鐵粉，縮短工期，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
3．防火性能好
泡沫混凝土以水泥為主料，是無機(jī)材料，為完全不燃材料。耐火極限大于2h，可達(dá)到A級防火標(biāo)準(zhǔn)。從而具有良好的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。
4．隔音性能好
泡沫混凝土屬多密閉孔材料，因此它也是一種良好的隔音材料，它能起到良好的隔音效果，大大減少了噪聲影響，改善了居住環(huán)境。
5．耐久性能好
我國最早的泡沫混凝土應(yīng)用，是黑龍江地區(qū)的屋面保溫層，為上世紀(jì)50年代初期前蘇聯(lián)專家指導(dǎo)施工的工程，至今近60年依然完好無損，仍在使用。這充分證明了泡沫混凝土的耐久性。泡沫混凝土耐久性大于50年，可與建筑同壽命，一次施工可使建筑終身保溫，避免了多次保溫施工的不足。
6．節(jié)能環(huán)保
泡沫混凝土基本以無機(jī)材料為主體，生產(chǎn)時無有害物質(zhì)產(chǎn)生，生產(chǎn)現(xiàn)場無異味。從建筑綠色化角度講，也應(yīng)該是建筑保溫的最佳選擇。
7．粘接力強(qiáng)
由于該材料是水泥基多孔材料，與砂漿、墻面屬同質(zhì)材料，界面親和力好，二硫化錫，粘結(jié)強(qiáng)度高，適應(yīng)性強(qiáng)，施工效率高。
發(fā)泡泡沫混凝土作為一種水泥基發(fā)泡輕質(zhì)材料，加入微硅粉具有如下的效果。
1、顯著提高抗壓、抗折、抗?jié)B、防腐、抗沖擊及耐磨性能。
2、顯著延長水泥制品的使用壽命。特別是在氯鹽污染侵蝕、硫酸鹽侵蝕、高濕度等惡劣環(huán)境下，可使制品的耐久性提高一倍甚至數(shù)倍。
微硅粉的強(qiáng)伸性能和抗撕裂性能與半補(bǔ)強(qiáng)炭黑相似,明顯高于其它填充劑。硫化儀測試數(shù)據(jù)顯示,與半補(bǔ)強(qiáng)炭黑相比,在正硫化時間基本相同的情況下,微硅粉的加工安全性和模內(nèi)流動時間更長,優(yōu)于其它填充劑。試驗(yàn)結(jié)果說明,微硅粉是部分或全部替代半補(bǔ)強(qiáng)炭黑的理想材料。
添加微硅粉的胎面配方完全能夠達(dá)到正常生產(chǎn)配方的水平;胎體配方用微硅粉等量替代活性鈣, 硫化膠的300%定伸應(yīng)力、強(qiáng)伸性能和抗撕裂性能有所提高, 其它物理性能與活性鈣相似; 隨著微硅粉用量增大,強(qiáng)伸性能逐漸下降,其它性能基本保持不變
(1)微硅粉是部分或全部替代半補(bǔ)強(qiáng)炭黑（注解）的理想材料。
(2)微硅粉與白炭黑的比表面積和粒徑大小均不在同一檔次上,微硅粉結(jié)構(gòu)簡單,分散性好。
(3)胎面配方采用微硅粉、胎體膠配方采用微硅粉等量替代活性鈣后,成品輪胎完全能達(dá)到正常生產(chǎn)配方的各項(xiàng)性能水平和使用要求。
(4)微硅粉與活性鈣,二者密度一致,但微硅粉性能優(yōu)于活性鈣;與其它填充補(bǔ)強(qiáng)劑相比,無論是性能還是價(jià)格,微硅粉都具有很大的優(yōu)勢。另一方面,由于微硅粉是冶金行業(yè)的“三廢”回收產(chǎn)品,開發(fā)利用這類產(chǎn)品,對改善生態(tài)環(huán)境,提高人民健康水平,是十分有利的。
注解：半補(bǔ)強(qiáng)炭黑是什么
半補(bǔ)強(qiáng)炭黑 semi-reinforcing purpose furnace black;SRF 軟質(zhì)炭黑中的一個主要品種，分氣爐法和油爐法兩種。粒徑為61～100 nm。賦予膠料高伸長率、低生熱、高彈性和良好的耐老化性能等。適用于NR和SR，對NBR和CR兼有補(bǔ)強(qiáng)與填充作用。多用于胎體緩沖膠、簾布膠用各種橡膠制品。
硬質(zhì)炭黑和軟質(zhì)炭黑的區(qū)別?
硬質(zhì)炭黑
橡膠用炭黑的一種習(xí)慣分類方法.指在橡膠制品中以補(bǔ)強(qiáng)為主要作用的炭黑,系相對軟質(zhì)炭黑而言.標(biāo)準(zhǔn)平均粒徑在11～30 nm范圍,用接觸法生產(chǎn)的炭黑及油爐法生產(chǎn)的大部分炭黑也為硬質(zhì)炭黑.
軟質(zhì)炭黑
橡膠用炭黑的一種習(xí)慣分類方法.指在橡膠制品中補(bǔ)強(qiáng)效果較差、在很大程度上起填充作用的炭黑,系相對硬質(zhì)炭黑而言.標(biāo)準(zhǔn)平均粒徑在31～500 nm范圍,用氣爐法和熱裂法生產(chǎn)的炭黑及小部分油爐法生產(chǎn)的炭黑也屬于軟質(zhì)炭黑。
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目前國內(nèi)耕地均有不同程度的缺硅現(xiàn)象,在國內(nèi)4.5億畝水稻田中,一半以上缺硅。有調(diào)查顯示,我國50%以上耕地缺硅。浙江省調(diào)查結(jié)果,70%耕地缺硅,河南省50%,湖南省42%,全國需硅肥3500萬噸,硅肥的使用潛力比氮、磷、鉀還大。由于顧忌重金屬污染,硅肥產(chǎn)品在各省的登記被撤銷,硅肥的登記權(quán)限被農(nóng)業(yè)部收回。目前國內(nèi)硅肥生產(chǎn)廠家只能將硅肥歸入到土壤調(diào)理劑的范圍之內(nèi)。硅肥產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)尚未制定。
其實(shí),硅元素的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了以上人們的認(rèn)識。它還是植物生長所需的第四大營養(yǎng)元素。硅肥對農(nóng)作物增產(chǎn)有著近乎神奇的效果。
硅肥施用后,早期效果可能并非立竿見影,這是因?yàn)樵谥参锷L過程中,氮、磷、鉀、硅等元素各司其職,其中氮元素使植物葉片濃綠,硅則使莖葉挺直,同時硅元素對氮、磷又有抑制作用。硅肥一旦施用,便可保持持久的肥效。但是,硅元素不易進(jìn)入作物根部被植物吸收。與大多數(shù)作物肥料相同,硅肥的使用也有一定的“臨界值”,即把土壤進(jìn)行逐段分析后,得出“土壤類型不同,臨界值也不同”的推斷,從而豐富與發(fā)展了“硅肥理論”。
向土壤中施用硅肥,使土壤中有效硅含量達(dá)到不同土壤類型的“臨界值”時,可使植物增產(chǎn)達(dá)29%—42%。研究表明硅肥不僅能改良紅壤和鹽堿地,還能處理土壤重金屬污染,在水稻上施用硅肥對作物吸收鎘有明顯抑制作用。
近年來,鎘大米、毒蔬菜事件屢現(xiàn)報(bào)端,土壤污染日漸引起公眾關(guān)注。2015年國土資源報(bào)報(bào)道,我國土壤污染面積在20%左右。土壤污染的背后,是糧食安全問題。對于人多地少,并一直難以糧食自足的中國而言,日益嚴(yán)重的土壤污染已經(jīng)實(shí)質(zhì)損害18億畝耕地紅線,加大硅肥的研究推廣與應(yīng)用,就能改善污染土地的各項(xiàng)指標(biāo),減少植物對重金屬的吸收,利用硅阻斷植物吸收重金屬通道的這一特點(diǎn),經(jīng)過治理,就會使污染了的土地重新得到利用。