工業(yè)硅及硅鐵在高溫熔煉的過程中，隨廢氣逸出的粉塵稱為硅灰或硅粉，其主要成份是，煙氣中的SiO2含量約占煙塵總量的90％，其中所含游離態(tài)SiO2約占10％。顆粒度非常小，平均粒徑約為0.3μm，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。我國目前擁有上千座硅鐵及工業(yè)硅電爐，在生產(chǎn)過程中，年產(chǎn)生的微硅粉約25萬t。已上環(huán)保設(shè)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2000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(xué)技術(shù)的價值。下面就微硅粉的應(yīng)用及其捕集進行探討：
1．微硅粉的應(yīng)用
微硅粉是國內(nèi)外高新技術(shù)領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)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(fù)合水泥，用于大型水刮、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(chǎn)，有效提高產(chǎn)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(shù)。其中美國微硅粉的年產(chǎn)量達到30萬t，占世界微硅粉的年總產(chǎn)量的1／4，其次是前蘇聯(lián)及挪威，微硅粉的年產(chǎn)量分別為15萬t和12萬t。美國于1980年在得克薩斯商業(yè)大樓使用的硅灰混凝土，其強度為1OOMPa。近年來美國已經(jīng)配制出250MPa特高強度混凝土。我國重大水利建筑、橋涵、隧道、文物古跡的修復(fù)等的實際應(yīng)用，也充分證明：在混凝土工程中摻入適量的微硅粉，可以大大提高工程質(zhì)量。下面就在混凝土工程中摻入適量微硅粉對提高工程質(zhì)量的作用加以具體說明。
下面就在混凝土工程中摻入適量微硅粉對提高工程質(zhì)量的作用加以具體說明。
（1）微硅粉混凝土用在水利水電工程上，可以提高工程的抗磨蝕能力
國內(nèi)外傳統(tǒng)的抗磨蝕材料多用環(huán)氧砂漿等高分子材料。這類材料抗磨蝕能力雖好，但由于它本身線膨脹系數(shù)數(shù)倍于基底普通混凝土，又與基底混凝土溫度適應(yīng)不好，在自然氣候條件下容易開裂脫落。且施工復(fù)雜，有毒性，成本昂貴，不能大面積推廣應(yīng)用。據(jù)資料統(tǒng)計，我國已建的32座大型水電站中，有22座遭受磨蝕破壞，尤其是黃河干流上幾座水電站和西南地區(qū)的水利水電工程，因泥砂和推移質(zhì)含量大、流速高，磨蝕問題更為突出，已危及工程安全。
工業(yè)硅及硅鐵在高溫熔煉的過程中，隨廢氣逸出的粉塵稱為硅灰或硅粉，其主要成份是，煙氣中的SiO2含量約占煙塵總量的90％，其中所含游離態(tài)SiO2約占10％。顆粒度非常小，平均粒徑約為0.3μm，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。我國目前擁有上千座硅鐵及工業(yè)硅電爐，在生產(chǎn)過程中，年產(chǎn)生的微硅粉約25萬t。已上環(huán)保設(shè)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2000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(xué)技術(shù)的價值。下面就微硅粉的應(yīng)用及其捕集進行探討：
1．微硅粉的應(yīng)用
微硅粉是國內(nèi)外高新技術(shù)領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)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(fù)合水泥，用于大型水刮、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(chǎn)，有效提高產(chǎn)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(shù)。其中美國微硅粉的年產(chǎn)量達到30萬t，占世界微硅粉的年總產(chǎn)量的1／4，其次是前蘇聯(lián)及挪威，微硅粉的年產(chǎn)量分別為15萬t和12萬t。美國于1980年在得克薩斯商業(yè)大樓使用的硅灰混凝土，其強度為1OOMPa。近年來美國已經(jīng)配制出250MPa特高強度混凝土。我國重大水利建筑、橋涵、隧道、文物古跡的修復(fù)等的實際應(yīng)用，也充分證明：在混凝土工程中摻入適量的微硅粉，可以大大提高工程質(zhì)量。下面就在混凝土工程中摻入適量微硅粉對提高工程質(zhì)量的作用加以具體說明。
下面就在混凝土工程中摻入適量微硅粉對提高工程質(zhì)量的作用加以具體說明。
（1）微硅粉混凝土用在水利水電工程上，可以提高工程的抗磨蝕能力
國內(nèi)外傳統(tǒng)的抗磨蝕材料多用環(huán)氧砂漿等高分子材料。這類材料抗磨蝕能力雖好，但由于它本身線膨脹系數(shù)數(shù)倍于基底普通混凝土，又與基底混凝土溫度適應(yīng)不好，在自然氣候條件下容易開裂脫落。且施工復(fù)雜，有毒性，成本昂貴，不能大面積推廣應(yīng)用。據(jù)資料統(tǒng)計，我國已建的32座大型水電站中，有22座遭受磨蝕破壞，尤其是黃河干流上幾座水電站和西南地區(qū)的水利水電工程，因泥砂和推移質(zhì)含量大、流速高，磨蝕問題更為突出，已危及工程安全。
微硅粉作為抗磨蝕材料的研究，在我國開始于1985年。1986年起，南京水科院在兄弟單位的協(xié)作下，將其成果用在葛洲壩、大伙房水庫，映秀灣水電站、龍羊水峽水電站等修補和護面工程中實地推廣應(yīng)用。經(jīng)過幾個汛明的過水考驗，效果很好。其抗沖磨能力提高一倍左右，抗48m／s流速級的抗磨蝕能力提高3倍以上。小浪底水電建設(shè)工程中微硅粉包大顯身手。
（2）微硅粉混凝土用在水利工程上，可以提高工程的抗裂性能
水工混凝土裂縫，已成為人們普遍關(guān)注為大問題。裂縫的原因是材料本身水化熱升溫。如在混凝土中摻入粉煤灰，雖可以降低水電熱升溫，但早期強度比較低，使粉煤灰接量受到限制。在十五屆國際大壩會議上，挪威介石在Forrreass壩摻用微硅粉而產(chǎn)生良好效果的情況，引起了與會者的重視。會后，我國南京水科院承擔了“七五”攻關(guān)課題中用微硅粉改性以提高混凝土抗裂性的研究任務(wù)。
1987年經(jīng)在福建范后水電站水輪機蝸殼實驗證明，摻入適量微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％以上，單方材料費未增加，比原設(shè)計用鋼纖維混凝土節(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(diào)查資料表明，水下工程，由于氯離子滲入混凝土中，引起鋼筋快速銹蝕，混凝土脫層，壽命短，破壞性嚴重，挪威在1971年將微硅粉用于混凝土中，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(jié)合生成水化硅酸鈣凝膠（又稱CSH凝膠），這些凝膠堵塞在毛細管中，使毛細孔變小而且不連續(xù)，大大提高了混凝土的密實性，有效地提高了抗氯離子滲入引起電化學(xué)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，每方混凝土節(jié)約水泥80～110kg，而且施工方便，使用年限延長1.2倍。
水下混凝土澆筑一般采用導(dǎo)管法，由于水中水泥漿的散失，它存在與基層粘結(jié)不好，與水接觸部分強度降低等問題。在水下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天才能正常通車，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。用常規(guī)的方法修復(fù)。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)國外先進經(jīng)驗，1986年南京農(nóng)科院設(shè)計出了具有早強的耐磨特性的微硅粉混凝土，經(jīng)實際運用，效果十分理想。
1988年儀征化纖聯(lián)合公司廠區(qū)中心干道更換預(yù)制塊，要求12小時能達到通車要求。南京水科院應(yīng)邀設(shè)計了12小時達到200＃超早強微桂楊混凝土配方，于9月初在廠區(qū)中心干道澆筑100方�，F(xiàn)場取樣試驗結(jié)果表明該混凝土12小時達到抗壓強度25MPa，抗磨蝕提高1倍，24／小時抗壓強度達到37MPa，半天即可通車。僅施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(shù)經(jīng)濟效果十分顯著。
飛機場的跑道要求使用80MPa以上的混凝土并且耐磨性能好，激使楊也可顯身手。
2．做硅粉的捕集裝置
由于微硅粉的顆粒度太細小，機械力除塵器，包括沉降除塵、慣性除塵及旋用除塵，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1013Ω·cm，若采用�，F(xiàn)電除塵裝置，將產(chǎn)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(shè)備投資極為昂貴，約為常規(guī)電除塵器的10倍。所以目前國內(nèi)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(yù)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：
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℃，并且很不穩(wěn)定，這完全是由于生產(chǎn)狀況決定的。所以在布袋除塵裝置的前面，必須設(shè)降溫裝置，它也加大了除塵設(shè)備的投資，否則將燒毀布袋。
除塵設(shè)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(chǎn)，也增大了維修零本。
運轉(zhuǎn)費用高。布袋除塵器的實質(zhì)是用濾布過濾氣體捐集粉塵。
如何結(jié)合煙氣溫度高和顆粒度微細且粘的特點選擇好游市是至關(guān)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1臺30000kVA工業(yè)硅爐用的布袋除塵器所配用的風機動力為1864kw，平均每平kVA護需用的動力為62kw，我國的布袋除生大—.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(shù)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(nèi)外常規(guī)電除塵的硬特性脈動直流作為供電電源，而是采用軟特性難穩(wěn)定直流作為供電電源。從本體結(jié)構(gòu)方面，不采用常規(guī)固定的板線式加睡擊振打清灰的方式，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，并且佛夠達到國家排放標準。1995年在焦作礦務(wù)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。
一次性投資低。全套設(shè)備投資，相當大布袋除塵器的70％；
運轉(zhuǎn)費用低。每平kVA爐風機需用的動力為12kw，相當布袋除塵器的20％；
故障率低。它在運轉(zhuǎn)過程中，不存在破袋、掉袋影響生產(chǎn)問題，機械故意率很低，基本上能夠與主設(shè)備保持同步運行。維護管理很方便；
可操作性好。全套裝置所用的設(shè)備及原材料都是國產(chǎn)的，并且都是～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(chǎn)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(shù)領(lǐng)域迫切需用的資源。
