工業(yè)硅及硅鐵在高溫熔煉的過(guò)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(guò)呼吸進(jìn)入人體肺泡，對(duì)人身體健康危害極大。我國(guó)目前擁有上千座硅鐵及工業(yè)硅電爐，在生產(chǎn)過(guò)程中，年產(chǎn)生的微硅粉約25萬(wàn)t。已上環(huán)保設(shè)備能捕集到的約5萬(wàn)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(fèi)。目前微硅粉沒(méi)有確切的定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，每噸價(jià)格為1800～3800元，如果每噸價(jià)格按2000元計(jì)算，全年直排的微硅粉作為資源利用損失的價(jià)值約5億元。所以煙氣治理勢(shì)在必行。捕集微硅粉不但是一個(gè)環(huán)境效益和社會(huì)效益的問(wèn)題，而且也包含著很大的經(jīng)濟(jì)效益和科學(xué)技術(shù)的價(jià)值。下面就微硅粉的應(yīng)用及其捕集進(jìn)行探討：
1．微硅粉的應(yīng)用
微硅粉是國(guó)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(qiáng)高、耐磨、耐沖刷、耐腐蝕、抗?jié)B透抗凍、早強(qiáng)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(jī)場(chǎng)跑道、隧道及城市高層建筑等工程。它可以用于油漆、涂料、樹(shù)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(qiáng)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(qiáng)度和耐久性。
早在80年代的初期，發(fā)達(dá)的國(guó)家已成功使用此項(xiàng)技術(shù)。其中美國(guó)微硅粉的年產(chǎn)量達(dá)到30萬(wàn)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(wàn)t和12萬(wàn)t。美國(guó)于1980年在得克薩斯商業(yè)大樓使用的硅灰混凝土，其強(qiáng)度為1OOMPa。近年來(lái)美國(guó)已經(jīng)配制出250MPa特高強(qiáng)度混凝土。我國(guó)重大水利建筑、橋涵、隧道、文物古跡的修復(fù)等的實(shí)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(duì)提高工程質(zhì)量的作用加以具體說(shuō)明。
下面就在混凝土工程中摻入適量微硅粉對(duì)提高工程質(zhì)量的作用加以具體說(shuō)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(guó)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(kāi)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(jì)，我國(guó)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(wèn)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(guò)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(guò)呼吸進(jìn)入人體肺泡，對(duì)人身體健康危害極大。我國(guó)目前擁有上千座硅鐵及工業(yè)硅電爐，在生產(chǎn)過(guò)程中，年產(chǎn)生的微硅粉約25萬(wàn)t。已上環(huán)保設(shè)備能捕集到的約5萬(wàn)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(fèi)。目前微硅粉沒(méi)有確切的定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，每噸價(jià)格為1800～3800元，如果每噸價(jià)格按2000元計(jì)算，全年直排的微硅粉作為資源利用損失的價(jià)值約5億元。所以煙氣治理勢(shì)在必行。捕集微硅粉不但是一個(gè)環(huán)境效益和社會(huì)效益的問(wèn)題，而且也包含著很大的經(jīng)濟(jì)效益和科學(xué)技術(shù)的價(jià)值。下面就微硅粉的應(yīng)用及其捕集進(jìn)行探討：
1．微硅粉的應(yīng)用
微硅粉是國(guó)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(qiáng)高、耐磨、耐沖刷、耐腐蝕、抗?jié)B透抗凍、早強(qiáng)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(jī)場(chǎng)跑道、隧道及城市高層建筑等工程。它可以用于油漆、涂料、樹(shù)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(qiáng)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(qiáng)度和耐久性。
早在80年代的初期，發(fā)達(dá)的國(guó)家已成功使用此項(xiàng)技術(shù)。其中美國(guó)微硅粉的年產(chǎn)量達(dá)到30萬(wàn)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(wàn)t和12萬(wàn)t。美國(guó)于1980年在得克薩斯商業(yè)大樓使用的硅灰混凝土，其強(qiáng)度為1OOMPa。近年來(lái)美國(guó)已經(jīng)配制出250MPa特高強(qiáng)度混凝土。我國(guó)重大水利建筑、橋涵、隧道、文物古跡的修復(fù)等的實(shí)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(duì)提高工程質(zhì)量的作用加以具體說(shuō)明。
下面就在混凝土工程中摻入適量微硅粉對(duì)提高工程質(zhì)量的作用加以具體說(shuō)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(guó)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(kāi)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(jì)，我國(guó)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(wèn)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(guó)開(kāi)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(kù)，映秀灣水電站、龍羊水峽水電站等修補(bǔ)和護(hù)面工程中實(shí)地推廣應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾個(gè)汛明的過(guò)水考驗(yàn)，效果很好。其抗沖磨能力提高一倍左右，抗48m／s流速級(jí)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(wèn)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(qiáng)度比較低，使粉煤灰接量受到限制。在十五屆國(guó)際大壩會(huì)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(huì)者的重視。會(huì)后，我國(guó)南京水科院承擔(dān)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(jī)蝸殼實(shí)驗(yàn)證明，摻入適量微硅粉與不摻的對(duì)比中，節(jié)約水泥38％，降低水化熱30％，現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度保證率達(dá)98％以上，單方材料費(fèi)未增加，比原設(shè)計(jì)用鋼纖維混凝土節(jié)約材料費(fèi)14萬(wàn)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(hù)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(yán)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?chē)節(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(xì)管中，使毛細(xì)孔變小而且不連續(xù)，大大提高了混凝土的密實(shí)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(qiáng)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(jìn)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(zhǎng)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(qiáng)度降低等問(wèn)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(qiáng)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(chē)，一般早強(qiáng)混凝土也要3天才能通車(chē)，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(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了解決這個(gè)難題，根據(jù)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，1986年南京農(nóng)科院設(shè)計(jì)出了具有早強(qiáng)的耐磨特性的微硅粉混凝土，經(jīng)實(shí)際運(yùn)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(shí)能達(dá)到通車(chē)要求。南京水科院應(yīng)邀設(shè)計(jì)了12小時(shí)達(dá)到200＃超早強(qiáng)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(chǎng)取樣試驗(yàn)結(jié)果表明該混凝土12小時(shí)達(dá)到抗壓強(qiáng)度25MPa，抗磨蝕提高1倍，24／小時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到37MPa，半天即可通車(chē)。僅施工期的汽車(chē)?yán)@道費(fèi)就節(jié)省了近5萬(wàn)元，其所增加的材料費(fèi)不過(guò)4000元，說(shuō)明其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。
飛機(jī)場(chǎng)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(xì)小，機(jī)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?yàn)樗谋入娮杼貏e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(guó)際先進(jìn)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(guó)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(yàn)直接用來(lái)捕集微硅粉，可能達(dá)不到預(yù)期效果。目前美國(guó)、前蘇聯(lián)、挪威等國(guó)家也都是采用大布袋捕集微硅粉。我國(guó)也基本如此。
此法也存在一些問(wèn)題：
由于工業(yè)硅或硅鐵在熔煉過(guò)程中，廢氣溫度很高，可達(dá)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(xì)，粘性很大，不容易振打清灰，嚴(yán)重影響除塵效果，同時(shí)增大系統(tǒng)阻力，能耗增大。并且易造成破袋、掉袋，此時(shí)勢(shì)必停機(jī)修理，將影響正常生產(chǎn)，也增大了維修零本。
運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。布袋除塵器的實(shí)質(zhì)是用濾布過(guò)濾氣體捐集粉塵。
如何結(jié)合煙氣溫度高和顆粒度微細(xì)且粘的特點(diǎn)選擇好游市是至關(guān)重要的事。即使如此，運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，濾布的孔眼就會(huì)被堵塞，經(jīng)常清理，也達(dá)不到需要的氣流量，容易出現(xiàn)濾布破損現(xiàn)象，換袋費(fèi)用很高。更嚴(yán)重的問(wèn)題是濾布阻力增大，所需動(dòng)力也增大。例如美國(guó)有1臺(tái)30000kVA工業(yè)硅爐用的布袋除塵器所配用的風(fēng)機(jī)動(dòng)力為1864kw，平均每平kVA護(hù)需用的動(dòng)力為62kw，我國(guó)的布袋除生大—.塵大體也是這個(gè)數(shù)。
公司研制開(kāi)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(gè)高壓靜電捕集裝置不是采用目前國(guó)內(nèi)外常規(guī)電除塵的硬特性脈動(dòng)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(dòng)式集塵極加刮板清灰的方式。通過(guò)實(shí)踐證明，這種方法能夠捕集到微硅粉，并且佛夠達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。1995年在焦作礦務(wù)局1800kVA的硅鐵爐及2000年三門(mén)峽壩頭2200kVA的硅鐵爐使用都得到證實(shí)。這種裝置與大布袋除塵器比較，有如下突出的特點(diǎn)。
一次性投資低。全套設(shè)備投資，相當(dāng)大布袋除塵器的70％；
運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。每平kVA爐風(fēng)機(jī)需用的動(dòng)力為12kw，相當(dāng)布袋除塵器的20％；
故障率低。它在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，不存在破袋、掉袋影響生產(chǎn)問(wèn)題，機(jī)械故意率很低，基本上能夠與主設(shè)備保持同步運(yùn)行。維護(hù)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(guó)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(guò)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(kāi)發(fā)了當(dāng)代高新技術(shù)領(lǐng)域迫切需用的資源。
