标题：硅粉
简介
硅粉（也叫微硅粉）（学名“硅灰”， Microsilica 或 Silica Fume ），硅粉又叫硅灰。是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。在逸出的烟尘中，SiO2含量约占烟尘总量的90%，颗粒度非常小，平均粒度几乎是纳米级别，故称为硅粉。
硅粉的研究始于斯堪的纳维亚国家，尽管20世纪50年代人们对硅粉作用就有所认识和初步的研究，但应用于实际工程中是从70年代开始的，首先是挪威和瑞典等国家在港口码头、北海油田及地下矿井中部分采用了硅粉混凝土，1982 年，挪威在伏诺维斯坝上正式采用了硅粉混凝土筑坝， 20世纪80 年代初加拿大在魁北克建立了硅粉混凝土，并对大体积硅粉混凝土进行试验研究，拌制高标号混凝土1 万立方米，1983年美国用硅粉混凝土修补了奥里夫尼河上的卡查坝消力池，效果良好。世界上其它国家也都加紧研究和应用。而我国对硅粉的研究历史不长，仅仅10多年时间，1985年水电部东勘院科研所和水电部第十工程局首次在四川渔子溪二级电站中试用了硅粉混凝土，在厂房混凝土中掺硅粉3 %～7 %，以提高早期强度，加快模板周转，达到预期效果，另外，在引水隧洞喷射混凝土中，掺硅粉715 %，以减少混凝土的回弹量，南科院在大伙房水库工程、龙羊峡泄水建筑物和葛洲坝泄水闸修补等工程中都采用了硅粉混凝土，效果较好，水科院对硅粉混凝土的耐久性能及硅粉水泥水藻灌浆材料进行了一些研究，并在二滩水电站基础固结灌浆中，潘家大坝溢流面修复工程、安康及四川秋达电站导流泄洪洞修补等工程中使用了硅粉混凝土，硅粉水泥灌浆。所有这些，说明硅粉混凝土作为一种高性能混凝土在工程中的应用日显重要，所以对其性能特别是其强度与耐久性的研究也倍受关注。
配合比
对于硅粉混凝土的配合比设计，主要是根据设计要求， 确定硅粉的掺入方法，硅粉的最佳掺量，减水剂的最优掺量及砂石料调整，而其它则按普通混凝土设计方法进行。
a） 硅粉的掺入方法：硅粉在混凝土中一般有两种方法： 一是内掺，二是外掺，都要与减水剂配合使用。内掺法往往用硅粉代替水泥，又分等量代替和部分等量代替两种，等量代替为硅粉掺量代替相等的水泥，部分代替为1 kg 硅粉代替1～3 kg 水泥，作为研究一般掺量为5 %～30 % ，水灰比一般保持不变：而外掺法指的是硅粉像外加剂那样掺在混凝土中，而水泥用量不减少，掺量一般为5 %～10 % ，一般外掺法而得的混凝土的力学性能要高得多，但增加了混凝土中胶凝材料用量。
b） 硅粉的最佳掺量：硅粉在混凝土中掺量太少，对混凝土性能改善不大，但是掺量太多，则混凝土太粘，不易施工，且干缩变形大，抗冻性差，因此，掺硅粉时，应找出最优掺量才能获得最佳结果。一般情况下，掺量在10%以内效果较为满意。硅粉的合适掺量一般根据所用硅粉，水泥种类和骨料性质，选择几个硅粉掺量，如3、5、7、10%等，成型混凝土试件，绘制R－SF（强度－硅粉掺量）曲线确定。值得注意的是硅粉价格较高，在确定硅粉的最佳掺量时，也要考虑技术经济指标。[1]
c） 减水剂的最佳掺量：在混凝土中使用硅粉，如不掺减水剂，想保持相同的流动度，则必然要增加用水量、水灰比增加，掺硅粉的混凝土强度也不上去，这也是过去硅粉在混凝土中未推广使用的原因。硅粉与减水剂联合使用掺用硅粉水灰比不变，即用水量不增加，也能达到与未掺硅粉的混凝土具有相同的流动度且硅粉混凝土强度等性能得到大幅度提高，一般国内较多采用萘系高效减水剂，如建1、H、DH3、FDN、NF、N2B 等，其掺量一般为胶材用量的1 %以内，有时为了减小水灰比，拌制超高强混凝土，减水剂掺量达2 %～ 3 %。
d） 砂石料用量调整：内掺硅粉一般对砂石用量不必调整。外掺硅粉要扣掉与硅粉体积相等的砂石体积。
强度影响
尽管应用纯水泥可以制成抗压强度高达100 MPa 的HPC ，但当使用硅粉时将容易得多。而对于制备强度超过100 MPa 的混凝土，硅粉的使用几乎不可缺少。硅粉在混凝土中同时起填充材料和火山灰材料使用。使用硅粉后，大大降低了水化浆体中的孔隙尺寸，改善了孔隙尺寸分布，于是使强度提高，渗透性降低。例如，研究结果表明（CEB2FIP1988） ， 为获得70 MPa 的混凝土强度，应用纯水泥需要水胶比0.35 ， 而当加8 %的硅粉时，水胶比可以为0.50。由于硅粉颗粒非常细，它们可以在很早的几个小时内发生火山灰反应。根据Carette 和Malhotra 1992） 的报导，硅粉对混凝土强度的贡献主要在28d 之前。所以，就长期强度增长方面，一般认为硅粉混凝土不如纯水泥混凝土或粉煤灰混凝土。Almad （1994） 引用的硅粉对NSC 强度发展的试验结果表明，硅粉掺量增加使得早期相对强度发展降低，Sandvik 1992 在65 MPa 的混凝土中也发现了这种现象。
然而，尽管在相同的水胶比下硅粉混凝土的早期相对强度发展比纯水泥混凝土的慢，由于加入硅粉使得强度大大提高，硅粉混凝土的绝对强度则比纯水泥混凝土的高。另一方面，经验表明，HPC 的早期强度发展比NSC 的快，虽然HPC的凝结时间可能稍有推迟，其凝结之后的水化作用会由于高效减水剂和硅粉大大加快。其结果通常是凝结之后强度发展非常快。
对于某些空气中干燥或养护的很低水胶比的硅粉混凝土试件，有抗压强度倒缩的报导（De Larrard 和Aiticin 1993） 。这种强度降低通常发生在90 d 龄期之后，一般认为是由内部自干燥及干燥裂缝引起的。然而，许多其他研究人员的试验室及现场研究表明，HPC 的后期强度没有降低。例如，从6 种不同的HPC 中取得的3 个月至3 年龄期的所有钻芯试样试验结果表明，其强度在不断增长。当然，与NSC 比较， HPC 的长期强度增长潜力较小。
耐久影响
混凝土的耐久性包括了混凝土的抗冻性、抗渗性、抗化学侵蚀性，抗钢筋侵蚀能力和抗冲磨性能，在此仅谈谈它对混凝土的抗冻性、抗渗性及抗化学侵蚀性的影响。
a） 抗冻性：当硅粉掺量少时，硅粉混凝土的抗冻性与普通混凝土基本相同，当硅粉掺量超过15 %时，它的抗冻性较差。通过大量的试验，这种观点基本上被证实了，主要原因是当硅粉超过15 %时，混凝土膨胀量增大，相对动弹性模数降低，抗压强度急剧下降，从混凝土内部方面特征看，比表面积小，间距系数大。
b） 抗渗性：由于硅粉颗粒小，比水泥颗粒小20～100 倍， 可以充填到水泥颗粒中间的空隙中，使混凝土密实，同时硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，故硅粉混凝土的抗渗能力很强，混凝土的渗透性随水胶比的增加而增大，这是因为水灰比混凝土的密实性相对差些。
c） 抗化学侵蚀性：在混凝土中掺入硅粉，能减少Ca （OH） 2 含量，增加混凝土密实性，有效提高弱酸腐蚀能力，但在强酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的CSH 在酸中分解，另外，它还能抗盐类腐蚀，尤其是对氯盐及硫酸盐类，它之所以能抗酸盐侵蚀，原因是硅粉混凝土较密实，孔结构得到改善， 从而减少了有害离子传递速度及减少了可溶性的Ca （OH） 2 和钙矾石（3CaO·Al2O3·3CaSO4 ·32H2 ） 的生成，而增加了水化硅酸钙晶体的结果。
细度规格
国内、国际市场上所需硅粉的细度规格如下：
规格（2mm-10mm） 筛余量（重量）
500um-180um（30目-80目） +500um≤3% -180um≤10%
425um-150um（40目-100目） +425um≤5% -150um≤15%
250um-140um（60目-110目） +250um≤3% -140um≤10%
125um-74um（120目-200目） +125um≤3% -74um≤10%
-74um（-200目） +74um≤5%
-45um（325目） +45um≤5%
5um-1um（2500目-12500目） +5um≤5%
由于金属硅是一种质硬易碎的物料，在粉磨过程中筛余物不能有效的控制，过粉磨现象严重，造成产品浪费大，生产成本高，产品粒径不达标，致使产品没有竞争力。[2]
生产工艺
以硅块为原料制取硅粉的方法很多。其中效果较好、应用较多的是雷蒙法，对辊法、盘磨法和冲旋法。所用设备相应是雷蒙法、对辊机、盘磨机（也称立磨）和冲旋法。就制粉原理看，前三种是挤压粉碎，后一种是冲击粉碎，就其结构看，相异很大，各有特色，各有优缺点。[2]
产品辨析
目前国内大部分生产硅微粉与微硅粉的厂商对二者的概念混为一谈，仅从字面意思上理解，把二者看做是一种产品。事实上，硅微粉与微硅粉有着很大的差别，正是由于二者概念的不清楚，给中国的硅微粉与微硅粉市场造成了混乱，导致很多贸易洽谈失误，微硅粉市场价格远低于国际市场，也给中国硅微粉与微硅粉市场的国际声誉带来了较大负面影响。 随着国外对硅微粉与微硅粉认识的的不断深入，硅微粉与微硅粉得到了广泛的使用，其商业优势和广泛的市场空间逐渐突显了出来。为了区分二者之间的关系，澄清市场的混乱状态，减少企业的损失，笔者将从外观、性能、生产流程、用途、指标、市场现状等各方面对这两种产品做具体的分析。一当前来说，世界上只有中国、美国、德国等少数国家具备硅微粉生产能力，中国硅微粉的市场主要还是在国内，集中在安徽凤阳，浙江湖州，江苏连云港等地，出口量相对来说比较小，多出口韩国和日本，国内生产硅微粉的较大企业有安徽伊纳高新技术有限公司和东海硅微粉厂，每月产量都在1000吨以上。太阳能产业的加速又促使硅微粉的市场需求迅猛增长，硅微粉呈现出供不应求的局面。据有关资料显示，国内生产太阳能光电转换器用硅微粉的厂家达170多家，其中上海占40家左右，因此，硅微粉在国内有很大的市场需求和潜力。 微硅粉的市场多集中在国外，国外对微硅粉的研究已经有几十年了，对微硅粉研究比较系统，不少国家成立了相应的研究机构，建立了相应的生产厂，美国1983年在修补Kinzua坝消力池一项工程中使用微硅粉混凝土就节省了几千万美元。 而微硅粉在中国还属于一中粗放型的工业副产品，大多数工业硅生产每3吨工业硅可回收1吨位微硅粉。以前大部分企业对微硅粉的回收都不够重视，一些规模较大的企业回收回来的微硅粉，仅仅是堆放在一边，没有发现其中的价值和效益，而且这些回收回来的微硅粉硅含量大多数都不达标，国内的企业受其质量的影响，大都不敢轻易购买这些产品，中国的微硅粉市场还呈现一种无序的状态，市场还有待于进一步的开发。国外在微硅粉的使用中已经获取了巨大的经济利益。如挪威的埃肯每年都会从中国以低价收购大量的微硅粉，西北铁合金等国内大部分铁合金厂家的微硅粉每年都被埃肯公司收购，在国内进行加工后高价卖到国内的建筑、水泥、化肥等领域，其中利润不菲，埃肯公司年销售微硅粉达25万吨，称得上是微硅粉行业的绝对领先者。而国内专门做微硅粉的企业甚少，产量较大的还是西北地区的几家大的铁合金企业，环保设备达标，回收回来的微硅粉硅含量比较高，而上海天恺硅粉有限公司是一家的微硅粉是目前国内自己的品牌，已经在行业中有了一定的影响。 国内微硅粉的市场还没有充分开发，所以说还有很大的市场空间。但是微硅粉的资源也是有限的，随着国家对环保力度的加强，在强行规定硅铁合金和工业硅生产厂家安装环保除尘设备的同时出现抑制高耗能产业过度发展的政策，微硅粉的资源会越来越丰富。因此，各商家在面对相关优惠政策的取消的同时，应该主动寻找因回收烟尘而带来的微硅粉市场收益。如今影响微硅粉价格的主要原因还是集中在回收设备的成本，电力耗损，以及其物理特性所带来的包装选择，是否加密及运输成本。微硅粉的深层次的研究、开发与利用关乎中国工业烟尘回收环保产业发展的未来。 总之，在加强微硅粉再利用的认识同时，各商家也应该更主动地寻找商机，增强整个微硅粉市场地活力使其增温。二硅微粉是由天然石英（SiO2）或熔融石英（天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2）经破碎、球磨（或振动、气流磨）、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。 微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，也有人叫硅粉。是铁合金在冶炼硅铁和工业硅（金属硅）时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。它是大工业冶炼中的副产物，整个过程需要用除尘环保设备进行回收，因为质量比较轻，还需要用加密设备进行加密。 在实际的交易过程中，许多厂商都把硅微粉当做微硅粉，但是由于二者有着本质的区别，所以在交易过程中往往会产生偏差，使得厂家提供的产品指标和需求方的指标参数存在很大差异。三从外观上来说硅微粉与微硅粉基本也是比较容易辨别的，硅微粉其质纯、色白、颗粒均衡，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料；根据硅石原料、还原剂或炉况的不同，绝大多数微硅粉呈灰色或深灰色 。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。白色微硅粉较为罕见，过去一直没有合适的市场定位，上海天恺特种材料公司曾经推出白色微硅粉，成功应用于复合化肥、农药（作为吸附剂，或者生产硅肥）、涂料、油漆（作为增稠剂、抗沉剂）、橡胶（作为补强剂）、塑料（作为填充剂）、特种陶瓷，可替代白炭黑，但是数量是比较有限的。四从硅微粉与微硅粉性能或作用上硅业在线是这么划分的：硅微粉概括的说具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能。根据其用途硅微粉分为以下几类：普通硅微粉、电工级硅微粉、电子级硅微粉系列、熔融石英硅微粉、超细石英硅微粉、.纳米硅微粉。
各种硅微粉的具体用途如下： 1．通硅微粉，主要用途用于环氧树脂浇注料、灌封料、电焊条保护层、金属铸造、陶瓷、硅橡胶、涂料及其它化工行业。 2．电工级硅微粉，主要用途用于普通电器件的绝缘浇注，高压电器的绝缘浇注，APG工艺注射料，环氧灌封料，高档陶瓷釉料等。 3．电子级硅微粉，主要用途主要用于集成电路、电子元件的塑封料和包装料。 4．熔融石英微粉，熔融石英微粉（WG）所用原料是天然石英经经高温熔炼，冷却后的非晶态SiO2，经多道工艺加工而成的微粉。该产品纯度高，具有热膨胀系数小，内应力低，高耐湿性，低放射性等优良特性。用于大规模及超大规模集成电路用塑封料，环氧浇注料，灌封料，及其它化工领域。 5．超细石英微粉，主要用途 主要用于涂料，油漆，工程塑料，粘合剂，奎 橡胶，精密铸造高级陶瓷。 6．纳米SiOx，纳米SiOx作为纳米材料中的重要一员，主要应用于电子封装材料、高分子复合材料、塑料、涂料、橡胶、颜料、陶瓷、胶粘剂、玻璃钢、药物载体、化妆品及抗菌材料等领域，已经成为传统产品的提档升级换代的新型材料。 
而微硅粉的作用主要作用有如下几个方面： 1．用于砂浆与砼中：高层建筑物、海港码头、水库大坝、水利涵闸、铁路公桥梁、地铁、隧道、机场跑道、砼路面以及煤矿巷道锚喷加固等。 2．材料工业中：高档高性能低水泥耐火浇注料及预制件，使用寿命是普通浇注料的三倍，耐火度提高约100℃，高温强度及抗热震性能都明显改善；已普遍应用于：焦炉、炼铁、炼钢、轧钢、有色金属、玻璃、陶瓷及发电等行业；大型铁沟及钢包料、透气砖、涂抹修补料等；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；目前除在浇注型耐火材料中普遍使用之外，在电熔和烧结型耐火材料亦获得大量应用。 3．新型墙体材料、饰面材料：1墙体保温用聚合物砂浆、保温砂浆、界 面剂。 4．水泥基聚合物防水材料。 5．轻骨料保温节能砼及制品。 6．内外墙建筑用腻子粉加工。 7．其他用途： ① 硅酸盐砖原料。② 生产水玻璃。③ 用做有机化合物的补强材料。因其成份与气相法生产的白炭黑相近。可以用在橡胶、树脂、涂料、油漆、不饱合聚酯等高分子材料中用作填充补强材料。④ 化肥行业中用作防结块剂。五从指标上来说，二者有很多相同之处，也有很多不同之处。具体来说，硅微粉与微硅粉的化学成分基本上是相同的，主要成分都是二氧化硅，而且杂质里都含有氧化钠、氧化钙，氧化镁，氧化铁，氧化铝等。只不过硅微粉的含硅量比较高，基本都在99%以上，而微硅粉的含硅量一般都在80-92%,94%以上都属于很不常见的。
从粒度上来说，硅微粉由天然石英加工而成的，粒度比较大，有200目，300目，400目、500目、600目、800目、1000目、1250目、3000目、5000目等是一种粉状态。而微硅粉的细度小于1μm的占80%以上，平均粒径在 0.1-0.3μm ，是一种灰状态。 
在实际的贸易中，硅微粉的价格与目数有关，目数越大价格越高，当前市场上硅微粉出厂价格200目500元/吨，325目600元/吨，400目750元/吨，500目950元/吨，600目1200元/吨，800目1500元/吨，1000目2200元/吨，1250目2600元/吨，3000目6200元/吨，4000目8400元/吨；微硅粉的价格与硅含量和水分、烧矢度有关，一般来说硅含量为85%的微硅粉出厂价格为1700元/吨左右，天津港FOB价格在180美元/左右。 
从市场方面来说，微硅粉的潜在市场要比硅微粉要大，国内微硅粉的市场还有很大的开发空间。从以上我们可以看出硅微粉与微硅粉有着本质的区别，性质不同决定着二者用途的不同，在以后的商业贸易中，还要分清二者的概念和区别，以提高贸易的成功率。[3]