一、硅粉主要应用领域
1、应用于混凝土工业
把硅粉作为掺和剂用于混凝土工业是国外硅粉综合利用中研究最早、成果最多、应用最广的一个领域。由于硅粉颗粒细小、比面积大、具有Sio2纯度高与强火山灰活性等物理化学特点,把硅粉作为掺和剂加人混凝土中改善了混凝土多方面性能。
(1)提高混凝土早期强度和最终强度
国外研究证明,当硅粉对水泥的取代率为30%以内时,蒸养温度为80℃,砂浆一天的抗压强度为不掺硅粉的2倍(100MPa),若采用蒸压养护,则几乎达3倍(150MPa);采用标准养护,砂浆的抗压强度也明显提高。加拿大H .H. Bache提出,当硅粉与高效碱水剂复合使用时,可使混凝土的水胶化(W/C+Si)降至 0.13-0.18,水泥颗粒之间被硅粉填充密实,混凝土的抗压强度为不掺硅粉的3-5倍。目前,美国、丹麦、挪威等国己用硅粉作掺和剂配制出了强度高达1100kg/cm2的混凝土,而且工艺简单,经济效益好,故被大量采用。
(2)增加密实度
混凝土中掺入硅粉增加了起反应的硅含量,在电子显微镜下观察,掺硅粉混凝土的水泥石空隙中有晶体生长。另外,硅粉颗粒很细小,均匀地填充了混凝土微孔。国外用水泥注人法测定,无论哪种养护条件,掺硅粉的混凝土水泥石微孔容积均明显减少。
(3)改善混凝土离析和沙水性能
浇灌混凝土之后,往往产生水从混凝土中分离出来的现象,即在表层形成水膜,也称之为浮浆,使上层混凝土分布不均匀,影响建筑质量。国外研究证明,硅粉掺入量即取代率Si/(Si+C)愈多,混凝土材料愈难以离析和泌水。当取代率达15%时,混凝土坍落度即使达15-20cm也几乎不产生离析和泌水。当取代率达20-30%时,将该混凝土直接放人自来水中也不易产生离析。由于硅粉对混凝土离析和沙水性能的改善,使掺硅粉混凝土可以用放港口、隧道等水下工程。
(4)提高混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性和比电阻
由于硅粉的掺入提高了混凝土的密实性,大大减少了水泥空隙,所以提高了硅粉混凝土的抗渗性能。国外研究诊断,当混凝土中硅粉取代率为10-20%时,显著改善了混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性,而且对钢筋的耐腐蚀性也有改善。这是因为密实性的提高和SiO2含量增加,有效地阻止了酸离子的侵入和腐蚀作用。另外,由于硅粉比电阻很高(可达 1.2X1011Ω.Cm,90-150℃),所以混凝土比电阻可提高1.9-1.6倍。
2、作返回炉料
美国曾提出以球团形式作为电炉冶炼原料,球团的料比为每 453.6kg硅石配22.7kg硅粉,制成球团。球的最大尺寸为19-25mm.球太大不易干透,加人电炉中易破碎,影响冶炼;球太小,则料层透气性不好,也影响炉况.球团中含水量可达20%,密度0.83-0.92,干球为(0.72-0.75)X103kg/m3,在空气中经一昼夜干燥,球团即可获得足够的机械强度。经电炉冶炼证明,加入较大量的球团时,炉子运行三周,没有发现硅回收率降低和单位电耗增加。挪威埃肯公司也曾将2万kw金属硅炉每昼夜生产出率的100m3的硅粉制成球团后返回电炉进行冶炼试验。不掺粘结剂,用水调和制成1-5cm直径的球团,在竖炉中800-1200℃温度下进行烧结,烧结后的球团具有足够的机械强度。球加入竖炉之前不用干燥,烧结后的球团不存在爆裂和不适应的问题。而且,由于不另加粘结剂,球团中杂质很少,因此可返回电炉作为冶炼材料。
全封闭电炉冶炼硅铁一般采用湿法净化烟气,利用处理后的水洗炉气回收的二氧化硅尘泥作为电炉冶炼原料,挪威埃肯公司进行了试验和研究,将尘泥在回转窑中加氧化剂或还原剂,继续加热到800-1400℃左右,经这样处理可以除掉二氧化硅尘泥中的有害物,同时将其形成球团。球团中的有害物质酚和氰化物及沥青之类的含碳物质都被除掉,处理后的球团可返回到金属硅、硅冶炼中作为原料。