硅微粉

硅微粉简介
硅微粉-又叫硅灰-也叫微硅粉-或二氧化硅超细粉，石英粉为白色或灰色粉末，其主要是通过对金属硅或硅铁等合金冶炼的烟气中的粉尘回收以及石英质矿
物原料经选矿提纯、破碎磨碎后所得。

一：工厂中回收的硅微粉
在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料，即是从金属硅或硅铁等合金冶炼的烟气中回收的粉尘。

目前市场上销售的回收微硅粉, 一部分是烟气经过收尘器收集后直接销售的硅灰, 一部分是收尘器收集后经过处理再销售的硅灰。

其主要成分为二氧化硅, 杂质成分为
氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化铝和活性炭等。

工厂中矿石成分、原料冶炼
工艺、回收收尘系统配置及运行情况等都会造成成分波动。

由于微硅粉中二氧化硅属
无定型物质, 活性高, 颗粒细小,比表面积大, 具有优良的理化性能, 过去认为是一
种工业废弃物, 现在越来越多地被认为是一种宝贵资源, 一种无需经过粉碎加工、廉
价的超微粉体, 可以广泛应用在特殊工程中使用的混凝土、耐火材料、水泥等重要领域。

硅微粉的物理化学性能：硅微粉:外观为灰色或灰白色粉末﹑耐火度>1600℃。

容重：200～250千克/立方米。

硅灰的化学成份见下表：
硅微粉的细度：硅灰中细度小于1微米的占80%以上，平均粒径在0.1～0.3
微米，比表面积为:20～28m/g。

其细度和比表面积约为水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍。

颗粒形态与矿相结构：硅灰在形成过程中，因相变的过程中受表面张力的作用，形成了非结晶相无定形圆球状颗粒，且表面较为光滑，有些则是多个圆球颗
粒粘在一起的团聚体。

它是一种比表面积很大，活性很高的火山灰物质。

掺有硅灰的物料，微小的球状体可以起到润滑的作用。

硅微粉的质量；主要以SiO2含量的高低来判断。

低于88%，基本上没有市场。

含量在88%-92%，主要用于混凝土，而含量大于92%，主要用于耐火材料及其它行业。

二;工业生产的硅微粉
是利用石英质矿物原料经选矿提纯、破碎磨碎后所得的一种重要的无机功能性材料，又称石英粉。

具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高、悬浮性能好等优点。

因其具有优良的物理性能、极高的化学稳定性、独特的光学性质及合理、可控的粒度分布，从而被广泛应用于光学玻璃、电子封装、电气绝缘、高档陶瓷、油漆涂料、精密铸造、硅橡胶、医药、化装品、电子元器件以及超大规模集成电路、移动通讯、手提电脑、航空航天等生产领域。

据调查，目前国内生产硅微粉的能力约50万吨，主要是普通硅微粉，而高纯超细硅微粉大量依靠进口。

初步预测2008年我国对超细硅微粉的需求量将达10万吨以上。

其中，橡胶行业是最大的用户，涂料行业是重要有巨大潜力的应用领域，电子塑封料、硅基板材料和电子电器浇注料对高纯超细硅微粉原料全部依靠进口，仅普通球形硅微粉的价格2—3万元/吨，而高纯超细硅微粉的价格则高达几十万元/吨以上。

超细硅微粉具有粒度小、比表面积大、化学纯度高、分散性能好等特点。

以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、造纸、日化等诸多领域得到广泛应用，并为其相关工业领域的发展提供了新材料的基础和技术保证，享有“工业味精”“材料科学的原点”之美誉。

自问世以来，已成为当今时间材料科学中最能适应时代要求和发展最快的品种之一，发达国家已经把高性能、高附加植的精细无机材料作为本世纪新材料的重点加以发展。

工业生产硅微粉的性能
选用优质的天然石英，通过独特的高温处理工艺加工而形成的粉末，使其分子结构排列由有序排列转为无序排列。

其色白，纯度较高、流动性能好、并具有以下性能：
1、优良的光学性质：方石英的折射率从石英的 1.55 下降到 1.48, 更接近 PE 、 PP 及一些树脂的折射率。

混合后的树脂呈透明状，不遮盖颜料本身的色彩，而用其它填料填充则会使颜料的色彩变浅、失真。

2、反射率：方石英的具体结构有助光反射，可取代玻璃微珠作反光油漆，既可增强防
滑性，又可提高油漆的反光性。

3、白度，低密度、色泽光亮：方石英的白度达 95% 以上，在涂料、油漆中使用，可取代部分钛白粉，降低配方成本。

4、抗腐蚀，耐刻划、耐擦洗、耐磨性能好。

5、不含有机物污染，金属含量极低：可增强涂料的抗紫外线能力，并具有良好的绝缘性、良好的电磁辐射性和低的介电常数。

6、优良的抗热震性。

方石英受热 220— 240℃左右时，发生一定程度的热膨胀，正好补偿环氧树脂、石膏等在此温度下固化反应时的收缩，使浇注体不变形。

7、极低的热膨胀系数、抗沉淀性好、抗腐蚀性好。

硅微粉生产方式:
1、干法生产石英粉，主要设备有磕石机、粉碎机、振动筛等。

其工艺流程为石英石矿料经过磕石机加工成较小石料，石料再经过粉碎机加工砂粒，然后经过振动筛筛分，在筛分过程中利用磁铁棒和排磁铁除铁，然后分装完毕入库。

2、水法生产石英粉，主要设备有磕石机、石碾、烤房、振动筛、水路系统等。

其工艺流程大致如下：石英石矿料经过磕石机加工成较小石料，石料再经过石碾碾压成砂粒，碾压时不停的加水，水带着砂粒流入沉淀池内，再把沉淀池内的砂粒运入烤房烘烤成干砂粒，然后再经过振动筛筛分，在筛分过程中利用磁铁棒和排磁铁除铁，然后分装完毕入库。

干法生产的石英粉分为普通石英粉、精制石英粉二种等级。

因石英石矿料从山上开采下来的时候，本身带有黄褐色的表皮。

挑选出较小的石英石矿料直接破碎筛分的产品称普通石英粉，表观呈现黄褐色与白色相间，其优点是价格便宜，缺点是杂质较多，故多用于建筑行业.挑选出大的矿料，经过人工去除表面黄褐色外皮，再加工而成的就是精制石英粉了，其表观呈现白色，亮晶晶，如同白砂糖一样。

因加工过程费时费料，故价位较高。

水法生产的石英粉分为普通石英粉和精制石英粉。

把较小的石英石矿料加工成普通石英粉，把大的石英石矿料加工成精制石英粉。

与干法石英粉相比，水法石英粉因在生产过程，较少产生设备铁以及用水冲走杂质，如含铁量及杂质都少于干法石英粉，但因其加工较为费工费料，故价位较高。

石英粉不分等级，只分规格。

因其具备白度高，无杂质、铁量低等特点，故应用范围广。

三球形化硅微粉的研究
大规模、超大规模集成电路对封装材料的要求也越来越高，不仅要求超细，高纯，
而且要求放射性元素含量低，特别是对于颗粒形状提出了球形化要求。

高纯超细熔融球形石英粉(简称球形硅微粉)由于具有高介电、高耐热．高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数等优越性能，在大规模、超大规模集成电路的基板和封装料中，成了不可缺少的优质材料．高纯球形硅微粉的生产技术国外20世纪80年代初已经有专利申报。

90年代初，我国开始引进使用球形硅微粉。

目前，可以生产材料的主要国家是日本和美国，德国和俄罗斯也掌握此种生产技术。

国外球形硅微粉的制备通常采用二氧化硅高温熔融喷射法、气体火焰法和在液相中控制正硅酸乙醇、四氯化硅的水解法，单分散等法也可制备亚微米左右的球形二氧化硅粉；用特殊的工艺方法还可制各壁厚和粒径可调的空心球形粉等。

其工艺复杂，这些方法国内还只停留在试验室阶段，有较大的技术难度，这也是至今国内还不能生产出高质量球形硅微粉的重要原因之一．四硅微粉国外应用概况
混凝土工业的高强掺和剂
混凝土工业的高强掺和剂混凝土工业是国外微硅粉综合利用中研究最早、成果
纯度高、最多、应用最广的一个领域。

由于微硅粉具有颗粒细小、比表面积大、SiO
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火山灰活性强等物理化学特点, 将微硅粉作为掺和剂加人混凝土中可改善混凝土多方面的性能, 如显著改善塑性混凝土粘附性能和凝聚性, 大幅度降低回弹量, 增大喷射混凝土一次成型厚度, 缩短工期, 节省工程造价等。

在需要特殊高强度混凝土的场所, 微硅粉作为掺和料配制高强混凝土, 其强度等级可以达到100MP。

国外许多重要的高层建筑物, 如美国南瓦克大厦和德国法兰克福大厦都是采用了微硅粉做混, 凝土的增强掺和剂。

在发达国家的一些重要混凝土水利水电工程中, 如海洋石油钻井平台、大跨度桥梁、隧洞等工程掺加微硅粉可以改善防渗、抗冲磨、防腐等性能. 微硅粉混凝土用于公路路面和飞机跑道中, 可以大大提高混凝土早期强度和耐磨性能, 在公路路面的维护和抢修中, 可以提前通车时间, 增加经济效益。

在欧美国家, 的喷射混凝土75%都掺人微硅粉,而在挪威和瑞典, 微硅粉是喷射混凝土的必备材料
用于耐火材料的添加剂
日本每年通过埃肯公司, 从中国进口大量的微硅粉用于耐火材料工业。

从日本神户制钢耐火物研究所研究报告来看, 优质微硅粉主要被用作高性能,耐火浇注
料、预制件、钢包料、透气砖、自流型耐火浇注料及干湿法喷射材料。

根据大阪工业技术研究所提交的报告, 在高温陶瓷领域, 如氧化物结合碳化硅制品, 高温型硅酸钙轻质隔热材料, 电磁窑用刚玉莫来石推板, 高温耐磨材料及制品, 刚玉及陶瓷制品, 赛龙结合制品等, 微硅粉的使用具有高流动性、低蓄水量、高致密度和高强度等特点。

电炉冶炼原料
美国曾将微硅粉以每453.6千克硅石配22.7千克微硅粉的配比制成球团作为电
炉冶炼原料, 球的最大尺寸为19——25mm。

经电炉冶炼证明, 加人较大量的球团时, 炉子运行三周, 没有发现硅回收率降低和单位电耗增加的现象。

挪威埃肯公司也曾将2万Kw金属硅炉每昼夜生产出的耐100m3的微硅粉用水调和制成1一5cm直径的球团后, 不用干燥直接返回电炉进行冶炼试验, 在竖炉中800一1200℃温度下进行烧结, 烧结后的球团不存在爆裂和不适应的问题, 具有足够的机械强度, 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。

前苏联用纸浆废液作粘结剂制球, 球团强度经倒运而不碎裂, 按比例加人电炉使用。

瑞典一家铁合金厂利用微硅粉作铬
矿球团粘结剂使用。

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微硅粉尘泥作为电炉冶炼原料。

挪威埃肯公司进行了试验和研究, 将其在回
转窑中加氧化剂或还原剂, 继续加热至800一1400℃ , 经这样处理可以除掉微硅粉
尘泥中的有害物质, 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、硅铁冶炼中作为原料。

目前, 美国、俄罗斯、挪威等国均有微硅粉造球专利和制球设备。

应用于水泥做掺和材料
作水泥原料
挪威、冰岛、加拿大等国家的铁合金厂收回的部分微硅粉都有作为水泥原料的报导。

前苏联专利指出, 在生产波特兰水泥的原料中配入18%一25%的硅粉, 可提高水泥窑的产量和水泥质量, 窑的生产能力提高10%一20%水泥养护28天后, 抗压强度由47Pa提高到54一56MPa。

用做水泥混合材生产混合水泥
冰岛水泥公司将制成球状的微硅粉与熟料一起研磨生产含微硅粉约6%的混合水泥, 应用效果很好。

1982年法国拉法基水泥公司用微硅粉掺在波特兰熟料中生产的混合水
泥就已进人市场。

加拿大也制订了混合水泥的标准, 混合水泥要求微硅粉掺人量在10%含量大于85%, 烧失量小于6%。

以内, 微硅粉中SiO
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生产超密水泥
日本电气化工业株式会社从丹麦迪西脱（DENSIT）公司引进了以“ DENSIT”命名的超密水泥。

这种水泥主要由微硅粉、特殊外加剂和水泥熟料等配制而成。

用它能制成致密度极高的混凝土, 其强度比普通混凝土增强2一3倍, 有良好的耐腐蚀性、绝缘性、耐磨性、抗渗性、抗冻性及对氯离子的阻挡性能等。

丹麦已将这种水泥用于防腐、耐磨食品工厂和重型机械厂的地面及要求绝缘和阻挡氯离子的防蚀层、水工混凝土工程等, 还可以代替部分金属制品。

丹麦防腐蚀研究中心正在研究用这种水泥作钢铁的防腐涂层原子能研究所正在研究用它作放射性废弃物的保护隔离材料。

用作化工产品的分散隔离剂
为了防止某些化工合成粉体结块, 曾经采用云母进行包覆处理, 但造价较高。

而应用微硅粉可以取代较贵的处理材料, 但要准确地掌握使用的比例。

挪威、法国和意大利都是采用这种方法, 做分散隔离剂的应用效果很好。

这种分散隔离剂广泛用于微细农药、化肥、灭火剂等产品, 如美国Borax、苏格兰化MTHIL DOCKS化肥厂。

其他方面
国外一些厂家对冶炼硅质合金产生的大量微硅粉不断进行研究探索, 寻找更多的用途。

例如, 俄罗斯开发了利用微硅粉作硅酸盐砖原料的工艺方法,
并试制出配加5%微硅粉的硅酸盐砖, 按砖的硬度、抗寒强度、吸水性对比, 相当M200牌号砖。

如将微硅粉配加量增至7%时, 砖的牌号增至M250一300号, 这批试验性砖的其他指标均符合俄罗斯标准要求。

俄罗斯利用微硅粉填充树脂及其他高分子聚合物产品, 替代白碳黑、滑石、石棉、气溶胶等填充材料, 可提高延伸、抗撕裂和抗老化度性能。

微硅粉还可以用于农肥和改良土壤品种, 如将微硅粉与氢氧化钾或碳酸钾混合加热可制成缓释农肥硅酸钾, 它不易挥发流失, 能保护土壤, 促进作物根部发育, 抑制病虫害, 以及将微硅粉和纤维素厂或木材工厂生产的废树皮等废料经加工后形成混合物质, 可以增强土壤的肥力。

四硅微粉国内应用概况
我国对微硅粉的应用研究和回收利用起步较晚, 早期大部分硅铁生产企业对微硅粉的回收不够重视, 一些规模较大的企业尽管回收了微硅粉, 但没有发现其中的价值, 而
且这些回收来的微硅粉二氧化硅含量大多数都不达标, 尚属粗放型的工业副产品。

近几年, 由于国家对环保的重视, 逐步加强了对污染企业的管理, 特别是国内对高强混凝土需求的增加, 许多铁合金生产企业配备了收尘设备, 并开发、引进了加密技术。

我国微硅粉产品发展迅速, 在该领域与国外的差距逐步缩小。

高强度混凝土、微硅粉喷射混凝土、复合增强密度剂、硅粉砂浆、低水泥
浇注料等科研成果都已通过了部级或省、市级技术鉴定, 并已在许多工程中应用, 技术经济效果显著。

在混凝土和耐火材料领域
硅微粉加入特种耐火材料中，在氧化中形成多层保护层，具有良好的力学性能和抗高温抗氧化性能，特种耐火材料中加入超细硅微粉后，其流动性、烧结性、结合性、填充气孔性能都得到不同程度的提高。

提高了结构密度和强度、降低材料的磨损率、增强抗侵蚀性。

微硅粉混凝土已应用在重要工程如建造高层大厦、抗冲刷磨损、抗渗漏等工程, 早在1986年我国已将硅粉砂浆应用于葛洲坝水闸的修补和2000-3000m3蓄水池的防渗, 三峡电站、二滩电站及上海杨浦大桥、香港青马跨海大桥等工程的防渗及抗冲磨部位, 以及用于高强度抗渗工程如上海黄埔江越江隧道工程。

微硅粉混凝土还用于抗硫酸盐、氯酸盐、钢筋防锈和提高耐久性工程, 如我国在沿海建造的水下采油平台等。

微硅粉混凝土用于铁路公路, 如国家重点工程青藏铁路建设项目也较多地采用微硅粉产品。

硅微粉在粘结剂和密封剂中的应用
硅微粉用于新型粘结剂和密封剂中可迅速形成网络状硅石结构，抑制胶体流动，固化速度加快，可以大幅提高粘结和密封效果。

硅微粉在电子工业中的应用
硅微粉用于电子组装材料，主要作用是防水、防尘埃、防有害气体、减缓振动、防止外力损伤和稳定电路。

在环氧塑封电子材料中填加高纯度超微细和纳米二氧化硅的量达到70～90％以上能使其具有优良的加工性、收缩性小、热膨胀系数小、耐酸碱和溶剂绝缘性好等特性。

硅微粉用于塑料和改性树脂中的应用
硅微粉应用于塑料，特别是在半透明的塑料膜中，加入超细二氧化硅后，大大提高了其强度、增强韧性、提高防水性能、蓄能保温性能等。

在塑料结构材料中，加入硅微
粉后，其机械性能可提高1～3倍。

对于改性树脂基复合材料，它能提高复合材料的强度、韧性、延伸率、耐磨性、光洁度、抗老化等性能。

硅微粉在油漆涂料中的应用
硅微粉用于油漆、涂料中(常用在：调合漆、底漆、防锈漆、防腐漆、道路漆、广场漆、船舶漆等油漆、涂料)能减少油漆、涂料中树脂和分散剂的使用量。

不仅能起到填充增容，增稠消光等作用，还能提高油漆细度、流平性能，漆膜硬度，耐电弧绝缘。

对油漆的耐水、防锈、防腐、防结块、防流柱、触变、防紫外线辐射、防老化和提高油漆的储存稳定性效果均较为显著。

硅微粉在橡胶材料中的应用
用于新型橡胶材料中(硅橡胶等)，能使其分散流平性优异，抗撕裂、抗张拉、抗
老化，并有补强作用。

相对于市场上中低端的沉淀法白炭黑，石英粉在SiO2含量(99．6％以上)、水份含量(小于0．1％)、产品粒度、吸油量等主要技术指标均优于沉淀法白炭黑。

(1)能提高硅橡胶的强度和产品质量(填充量30-70％)；是抗紫外线辐射、红外线反射、高介电绝缘不可缺少的优良填料； (2)在大规格载重车轮胎和轿车高速子午胎的面胶中填充量达到20％以上超微细二氧化硅，使轮胎具有良好的防滑、散热、抗磨等特性；由于添加超微细石英粉到轮胎胎面中后可显著降低轮胎滚动阻力，增强抗撕裂性和抗切割性及强度，保持轮胎的抗冰和抗滑性，被称为绿色轮胎。

(3)在其它轮胎和橡胶制品中加入超微细硅微粉后，其弹性、韧性、耐磨性和强度等都明显优于以常规、普通二氧化硅做填料的轮胎和橡胶制品。

(4)超细石英粉填充于天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶等胶料中，粉体易分散，混炼工艺性能好，压延和压出性优良，并能提高硫化胶的硫化速度，增进橡胶粘性，取代50％白炭黑填充于胶料中，对制品的力学性能(拉伸强度、定伸强度、拉断伸长率、扯断永久变形、撕裂强度及制品硬度等)均无明显影响，但能大幅降低产品成本，尤其适合于胶辊、胶管、电线电缆及其护套等橡胶制品。

国外微硅粉市场需求
目前, 国际市场微硅粉需求量逐年增加, 国外微硅粉的主要生产国如美国、俄罗斯、日本、挪威等微硅粉总产量大于64万t\年, 仍然不能满足市场的需求。

由于中国硅铁和金属硅在国际上的产量处于突出的地位(2006年约占世界产量的2\3), 附产的微硅
粉受到国外终端客户的重视, 国外客商纷纷到中国采购微硅粉, 如挪威的埃肯公司
（中国）, 不仅逐渐投资垄断资源, 而且已将研发中心迁到中国, 每年都会将中国西北铁合金等国内大部分铁合金厂家的微硅粉以低价大量收购, 在国内进行加工后再高价卖到中国和国际市场上用于建筑、水泥、化肥等领域, 年销售微硅粉达几十万t, 利润不菲。

从有关资料了解, 国外微硅粉市场庞大, 高质量微硅粉应用领域广泛, 但是高品质的微硅粉产量很少根据与埃肯公司中国研究中心有关人员的座谈了解, 得知该公司在挪威已经利用廉价水电在高温电弧炉用硅石专门直接生产高纯微硅粉(实际上
是气相白碳黑), 这种微硅粉的价格高达上万元旦每t。

国内微硅粉市场需求
目前高层建筑、铁路、桥梁、水工建筑等对微硅粉的需求与日俱增, 市场潜力巨大。

混凝土是建筑业的基本材料, 微硅粉的加人使高强度、高性能混凝土成为可能, 虽然高性能混凝土并不是单指掺加微硅粉,其他填料如粉煤灰、高炉渣等都能提高混凝土的性能, 但是微硅粉的掺加在改善混凝土综合性能方面更胜一筹, 添加微硅粉后水泥的掺加量会明显降低。

我国是世界耐火材料最大消费国, 微硅粉在耐火材料中的应用技术相对成熟, 而且从我国耐火材料的发展趋势看, 由于“十一·五”期间, 冶金、建材等行业将保持稳步发展, 耐火材料需求总量仍然很大, 并将继续保持快速增长的趋势。

可以用于高档高低水泥耐火浇注料及预制件、大型铁沟及钢包料、透气砖、涂抹修补料、自流型耐火浇注材料及干湿法喷射施工应用、氧化物结合碳化硅制品陶瓷窑窑具、隔焰板等、高温型硅酸钙轻质隔热材料、电瓷窑用刚玉莫来石推板、高温耐磨材料及制品、刚玉及陶瓷制品、赛隆结合制品等, 微硅粉在耐火材料中的应用具有广阔的市场空间。

另外, 微硅粉还可以代替气相二氧化硅在橡胶、塑料、油漆、农药、高性能陶瓷、复合化肥等领域使用。

目前国内通过粉石英矿加工生产高品位硅微粉的厂家不多，规模都不大，品位有差异，还未形成激烈竞争。

主要集中在连云港、徐州、河北、青海、浙江、广东等地，产品集中在600目以下，供电子电工作硅微粉厂家不多，售价较低，市场半径小。

主要是连云港和浙江湖州，生产的主要是晶粉，产量约2万吨/年。

目前国内电子电工行业硅微粉用量达4万吨左右，存在供需缺口，熔粉、球粉和高质量晶粉都要从国外进口，尤其以球粉用量最多。

国内目前生产硅微粉最具竞争力的地区是江西省萍乡、宜春地区，是我国最早发现天然粉石英的省份，石英品质好，自然白度70稞度以上，原矿中10-30ｕm颗粒占很大。