微硅粉的應用及其捕集

摘要：微硅粉是國內外高新掛術領域中具有廣闊應用前景的優(yōu)良材料。廣泛用于建筑、化工等行業(yè)?？梢圆捎密浰腚姵龎m技術從冶煉硅鐵過程中產生的廢氣中捕集.

關鍵詞: 硅鐵業(yè),硅微,硅粉軟穩(wěn),電除塵

工業(yè)硅及硅鐵在高溫熔煉的過程中．隨廢氣選出的粉塵稱為硅灰或硅粉，其主要成份是，煙氣中的SiO 含量約占煙塵總量的9o ．其中所舍游離態(tài)siO 約占10 。顆粒度非常小．平均粒徑約為0．3 m，故有微硅粉之稱，它能直接通過呼吸進入人體肺泡．對人身體健康危害極大我國目前擁有上千鷹硅鐵及工業(yè)硅電爐．在生產過程中，年產生的微硅粉約2j萬t 已上環(huán)保設備能捕集到的約5萬t．其余基本直接排入大氣，既污染了環(huán)境，也是資源的浪費。目前微硅粉沒有確切的定價標準．每噸價格為1800～ 3800元，如果每噸價格按8000元計算．全年直排的微硅粉作為資源利用損失的價值約5億元。所以煙氣治理勢在必行。捕集微硅粉不但是一個環(huán)境效益和社會效益的問題+而且也包含著很大的經(jīng)濟效益和科學技術的價值 下面就微硅粉的應用及其捕集進行探討：

1.微硅粉的應用

微硅粉是國內外高新技術領域中具有廣闊應用前景的優(yōu)良材料 廣泛用于建筑、化工、冶金等行業(yè)。大量微硅粉主要用于水泥或混凝土摻合料，用于改善水泥或混凝土的性能．配制具有超高強高、耐磨、耐沖刷、耐腐蝕、抗?jié)B透抗凍、早強的特種混凝土或復合水泥，用于大型水利、水電、海港碼頭、鐵路橋梁、高速公路、飛機場跑道、隧道及城市高層建筑等工程。它可以用于油漆、涂料、樹脂及其他高分子材料填充物。用于橡膠可以提高橡膠的延伸性、抗撕裂性和抗拉強度還可以用于耐火材料和陶瓷制品的生產．有效提高產品的強度和耐久性。

早在80年代的初期．發(fā)達的國家已成功使用此項技術。其中美國微硅粉的年產量達到30萬t，占世界微硅粉的年總產量的1／4，其次是前蘇聯(lián)及挪威，微硅粉的年產量分別為l 5五t和l 2萬【 美吲于1 980年在珥克薩斯商業(yè)大樓使用的硅灰堰凝士．其強度為l00MPa。近年來羹日已經(jīng)配制出250MPa特高強度混凝上 我國重大水利建筑、橋涵、隧道、文物古跡的修復等的實際應用．也危分證明：在混凝土丁程中摻入適量的微硅粉．大大提高工程質量

下面就在混凝 工程中摻入適量徽硅粉對提高二程質量的作加經(jīng)具體說明

(1)微硅粉混凝土用在水利水電工程上可提高程的抗磨蝕能力國內外傳統(tǒng)的抗磨蝕材料多用環(huán)氧砂漿等高分子材科。這類材料抗磨蝕能力雖好．但由它本身線膨脹系數(shù)數(shù)倍基底普通混凝士．義與基底混凝土溫度適應不好．在自然氣候條件下容易開裂脫落 且施工復雜．有毒性．成本昂貴．不能大面積推廣應用。據(jù)資料統(tǒng)計。．我國已建的32座大型水電站中．有12座遭受磨蝕破壞．尤其是黃河干流上兒庳水電站和西南地區(qū)的水利水電工程．因泥砂和推移質含量火、流速高，磨蝕問題更為突出．已危蛭工程安全。微硅粉作為抗磨蝕材料的研究．在代國開始于1985年~1986年起．南京水科院在弟單位的協(xié)作下．將其成果用在葛洲壩、人伙房水庫，映秀灣水電站、坨羊水峽水電站等修補和廿1面[程中實地推廣應 日 經(jīng)過兒個期的過水考驗，效果很好其抗沖磨能力提高一倍左右．抗48m／s流速級的抗膳蝕能力提商3倍以上。小浪底水電建設『．程中微硅粉也犬顯身手

(2)微硅粉混凝士斤{ ：水利工程上．可以提高l=程的抗裂性能水工混凝{ 囊縫， 成為人們普遍戈注的大問題。裂縫的原固是材料本身水化熱溫。如在混凝土中摻入粉煤l(．雖口 以降低水化熱升溫．但 ；lI】強度比較低．使粉煤灰摻受到限制 在f Ⅱ屆國際大 !會嫂 ，挪威介在Forrreass壩挎徽硅粉而產生良好效果的情況．引起了與會者的重視 會后．拽國南京水科院承擔了“七五”攻關課題中用微硅粉改性以提高混凝土抗裂性的研究任務．1987年經(jīng)在福建范厝水電站水輪機蝸殼實驗證明，摻入適量徽硅粉與不摻的對比中，節(jié)約水泥38 ，降低水化熱30 ．現(xiàn)場強度保證率達98 以卜．單方材料費未增加比原設計用鋼纖維混凝十節(jié)約材料費14萬元

(3)微硅粉混凝土可以提高抗?jié)B透性能、抗鹽蝕性能．保護鋼筋據(jù)調查資料表明，水下工程．由于氯離_『滲入混凝土中．引起鋼筋快速銹蝕．混凝脫層．壽命短，破壞性嚴重。挪威在1971年將徽硅粉用于混凝十中．一方面填充在水泥顆粒的周圍．使?jié){體更為致密；另一方面．它與水泥水化生成的氫氧化鈣結合生成水化硅酸鈣凝膠(叉稱CSH 凝膠)．這些凝膠堵塞在毛細管．使毛細孔變小而且不連續(xù)，大大提高r混凝上的密實性 有效地提高r抗氯離于滲入B『起電化學破壞的能力．大大增強其抗銹蝕性能。南京水科院經(jīng)3年研究．在江蘇連云港木材碼頭上進行試用，每方混凝上符約水泥8O～ 11Okg．而且旋工方便．使用年限延長1．2倍。水下混凝十澆筑一般采用導管法．于水中水泥漿的散失．它存在與基層粘結小好．與水接觸部分強度降低等問題在水『 混凝土中摻入硅粉后，能得到明顯的改善.

(4)微硅粉混凝土用在交通公路路面的搶修上，具有極強的耐磨特性用普通混凝土澆筑道路，需要28天，能正常通車，一般早強混凝土也要3天才能通車．混凝土公路路面損壞是不可避免的抖{常規(guī)的方法修復．常常要造成交通中斷，從而帶來嚴重的經(jīng)濟損失。為了解決這個難題．根據(jù)周外先進經(jīng)驗．1986年南京水科院設計出具有 強的耐磨特性的徽硅粉混凝士．經(jīng)實際運用．效果十分理想
1988年儀征化纖聯(lián)臺 司廠廈中心道更換預制塊，要求12小時能達到通車要求。南京水科院應邀設計了1 2小時達到200#超早強微硅粉混凝土配方．于9月初在廠區(qū)中心干道澆筑100療 現(xiàn)場取樣試驗結果表明該混凝土1 2小時達到抗壓強度25MPa．抗磨蝕提高l倍，24小時抗眶強度

達到37MPa，半天即可通車僅旋工期的汽車繞道費就節(jié)省了近5萬元．其所增加的材料費不過4000元．說明其技術經(jīng)濟效果十分顯著。飛機場的跑道要求使用80MPa以 的混凝土并且耐磨性能好．微硅粉也可顯身手。

2 微硅粉的捕集裝置

由于微硅粉的顆粒度太細?。畽C械力除塵器，包括沉降除塵、慣性除塵及旋風除塵，根本捕集不到它水膜除塵捕集它也很困難。又因為它的比電阻特別高．高至lO”n ·Crll，若采用常規(guī)電除塵裝置．將產生反電暈現(xiàn)象，也難于捕集它。若采用國際先進電除塵裝置— — 脈沖電除塵器．從其性能上講，能夠捕集高比電阻粉塵，但其設備投資極為昂貴、約為常規(guī)電除塵器的lo倍。所以目前國內外捕集微硅粉的裝置大部分用“大”布袋除塵器．它之所以在布袋除塵器前頭冠于“大”字+就是由于這種粉塵特性決定的 如果用捕集一般粉塵的布袋除塵器的經(jīng)驗直接用來捕集微硅粉，可能達不到預期效果。目前美國、前蘇聯(lián)、挪威等國家也都是采用大布袋捕集微硅粉我國也基本如此。

此法也存在一些問題：

(1)由于工業(yè)硅或硅鐵在熔煉過程中+廢氣溫度很高+可達500～600 C+并且很不穩(wěn)定，這完全是由于生產狀況決定的。所以在布袋除塵裝置的前面+必須設降溫裝置+它也加大了除塵設備的投資，否則將燒毀布袋。

(2)除塵設備故障率高。由于微硅粉顆粒度很細，粘性很大，不容易振打清灰．嚴重影響除塵效果，同時增大系統(tǒng)阻力．能耗增大并且易造成破袋、掉袋，此時勢必停機修理。將影響正常生產+也增大了維修成本

(3)運轉費用高。布袋除塵器的實質是用

濾布過濾氣體捕集粉塵如何結合煙氣溫度高和顆粒度微細粘的特點選擇好濾布是至關重要的事。即使如此．運行時間不長，濾布的孔眼就會被堵塞經(jīng)常清理，也達不到需要的氣流量，容易出現(xiàn)濾布破損現(xiàn)象，換袋費用很高。更嚴重的問題是濾布阻力增大．所需動力也增大。例如美國有l(wèi)臺30000kVA工業(yè)硅爐用的布袋除塵器所配用的風機動力為1864kW ．平均每千kVA 爐需用的動力為62kW ．我國的布袋除塵大體也是這個數(shù)。公司研制開發(fā)的微硅粉捕集裝置．是采用新的技術路線高壓靜電捕集的方法。完全不同于常規(guī)布袋的捕集方法這個高壓靜電捕集裝置不是采用目前國內外常規(guī)電除塵的硬特性脈動直流作為供電電源，而是采用軟特性準穩(wěn)定直流作為供電電源。從本體結構方面，不采用常規(guī)固定的板線式加錘擊振打清灰的方式，而是采用移動式集塵極加刮板清灰的方式。通過實踐證明，這種方法能夠捕集到微硅粉，并且能夠達到國家排放標準1 995年在焦作礦務局1800kVA 的硅鐵爐及2000年三門峽壩頭2200kVA 的硅鐵爐使用都得到證實。這種裝置與大布袋除塵器比較．有如下突出的特點：

(a)一次性投資低。全套設備投資，相當大布袋除塵器的70 ；(b)運轉費用低 每干kVA 爐風機需用的動力為12：kW ，相當布袋除塵器的20 ；(c)故障率低。它在運轉過程中，不薛在破袋、掉袋影響生產問題．機械故意率很低．基本上能夠與主設備保持同步運行 維護管理很方便；

(d)可操作性好。全套裝鼉所用的設備段原材料都是國產的，并且都是一般性的材料.總之，我們有能力用低成本、高效率的方法+捕集硅鐵爐及工業(yè)硅在生產過程中排放的污染大氣的微硅粉。既解決了環(huán)境污染，也變廢為寶，開發(fā)了當代高新技術領域迫切需用的資源.