硅灰（微硅粉）是冶煉硅鐵、工業(yè)硅時從煙氣凈化裝置中回收的工業(yè)煙塵。我國是世界硅鐵、工業(yè)硅生產(chǎn)大國，據(jù)冶金報(bào)報(bào)道，1985年我國已形成生產(chǎn)硅鐵100萬噸，工業(yè)硅30萬噸的生產(chǎn)能力，估計(jì)硅鐵實(shí)際年生產(chǎn)量80~90萬噸。據(jù)此計(jì)算，我國微硅粉潛在資源每年達(dá)15萬噸以上。
早在本世紀(jì)四、五十年代，國外就進(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，本文擬對微硅粉在國外的應(yīng)用概況予以綜述，以促進(jìn)我國微硅粉綜合利用工作的開展。
一、國外微硅粉研究
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，歐美各國和日本相繼開展了微硅粉綜合利用的研究，并求得了長足的進(jìn)展。加拿大與美國對微硅粉的研究始于1980年。此外，各國的生產(chǎn)廠家、大專院校根據(jù)各自情況對微硅粉的應(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)中心和美國混凝土協(xié)會主辦了第一屆和第二屆微硅粉在混凝土中應(yīng)用的國際會議。

二、國外微硅粉的產(chǎn)量
微硅粉在國外有很多叫法，在北歐各國叫凝聚硅灰（Condensed? Silica? Fume），在美國和加拿大叫硅灰（Silica? dust），也有人叫硅粉（Silica? Fume）。
據(jù)資料介紹，1981年世界主要國家微硅粉產(chǎn)量近80萬噸，見表1
表1?? 各國微硅粉產(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3萬噸，目前世界微硅粉產(chǎn)量估計(jì)為110萬噸。
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]
國外研究證明，當(dāng)微硅粉對水泥的取代率為30%以內(nèi)時，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，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、丹麥、挪威等國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。另外，微硅粉顆粒很細(xì)小，均勻地填充了混凝土微孔。國外用水泥注入法測定，無論哪種養(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，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，將該混凝土直接放入自來水中也不宜產(chǎn)生離析。由于微硅粉對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。國外研究認(rèn)為，當(dāng)混凝土中微硅粉取代率為10-20%時，顯著改善了混凝土的抗?jié)B性、抗化學(xué)腐蝕性，而且對鋼筋的耐腐蝕性也有改善。這時因?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家或國際規(guī)范奠定了基礎(chǔ)。美國、加拿大、挪威等國對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，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、蘇聯(lián)、挪威等國均有微硅粉造球?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)量優(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3萬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，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、西班牙等國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。如果與碳黑同時配入原料中可增大橡膠的彈性拉長強(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1萬塊。這批試驗(yàn)性磚的各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。按磚的硬度、抗寒強(qiáng)度、吸水性相當(dāng)于M200牌號磚；如將微硅粉配加量增至7%時，磚的牌號增至M250-300號。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
????? 國外一些廠家對冶煉硅質(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。
蘇聯(lián)、日本、挪威均研究成功了微硅粉制粒、造球的振動機(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)、美國還申請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)定的流動性，而且隨時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?？瞎疽蜒兄瞥晒ξ⒐璺墼雒茉O(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)問題評述
1、國外對微硅粉應(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)國家已進(jìn)入制定規(guī)范的階段了。
2、國外對微硅粉的應(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。微硅粉在國外已進(jìn)入商品化生產(chǎn)階段。
3、微硅粉的使用帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如挪威每年可節(jié)省50萬噸波特水泥，美國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)省了幾千萬美元。
4、微硅粉具有大大改善了產(chǎn)品性能，帶來巨大的間接效益；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)識和實(shí)踐的深入與發(fā)展，將會發(fā)現(xiàn)新的利用途徑，并不斷提高其使用價(jià)值