微硅粉是礦熱爐生產(chǎn)硅鐵合金和金屬硅過程中產(chǎn)生的Si和SiO氣體在煙道中與空氣氧化并迅速冷凝形成的粉塵，也稱為硅灰(或凝聚硅灰)。近年來，隨著環(huán)保力度的加強(qiáng)，微硅粉產(chǎn)量逐年增加，如果直接排放或堆棄，會造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，因此，如何資源化利用這些數(shù)量巨大的微硅粉已成為硅鐵冶煉企業(yè)急需解決的問題。
微硅粉的主要化學(xué)成分為SiO2，其中的SiO2主要以非結(jié)晶相(或無定形SiO2)存在，含量≥80%、雜質(zhì)成分少，比表面積為20~28m2/g，粒度小于10μm的顆粒占80%以上，化學(xué)活性高，容易與堿反應(yīng)，且具有質(zhì)量輕、耐火度高、活性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑、耐火材料、冶金、陶瓷、化工等領(lǐng)域。本文對硅鐵冶煉副產(chǎn)物微硅粉的理化性質(zhì)進(jìn)行了分析，并從微硅粉產(chǎn)生、回收、應(yīng)用等方面分析了其綜合回收利用的現(xiàn)狀，指出了微硅粉的高值化利用的方向。
樣品來自云南某鐵合金廠，分別采用X射線焚光光譜儀、激光粒度分析儀、掃描電鏡和X射線衍射儀分別分析了微硅粉樣品的主要化學(xué)成分、粒徑分布、微觀形貌和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
微硅粉樣品的化學(xué)成分見表1。由表1可知，微硅粉含有大量的SiO2，少量的K2O、Na2O、游離C、MgO、PbO、Al2O3、ZnO、CaO、FexO等。由于礦熱爐生產(chǎn)原料不同，副產(chǎn)物微硅粉的化學(xué)成分也存在差異，但是通常微硅粉中SiO2含量一般都在80%~96%。微硅粉外觀雖灰白色、灰色或者深灰色，其顏色主要和C、Fe2O3含量等有關(guān)。
微硅粉的粒徑分布和微觀形貌分別見圖1和圖2。從圖1中可以看出，微硅粉顆粒分布均勻，粒徑介于0.75~11.8μm，分布較窄，中位粒徑為4μm左右。從圖2可以看出，微硅粉主要為球形顆粒，大小不一，有顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象。此外，我們在對微硅粉進(jìn)行能譜分析時還發(fā)現(xiàn)，樣品微硅粉主要由Si、O、K、Mg等元素組成。
微硅粉樣品的物相組成如圖3所示。從圖3可以看出，微硅粉的X衍射圖譜為典型的玻璃態(tài)特征彌散峰，說明微硅粉塵中SiO2以無定形存在。原因可能是微硅粉塵的冷凝形成過程速度較快，微硅粉中的SiO2未及時形成晶體結(jié)構(gòu)。
2微硅粉塵的產(chǎn)生過程與回收現(xiàn)狀分析
金屬硅冶煉過程中，微硅粉的形成過程如圖4所示。在電爐內(nèi)1700℃下，用焦炭還原熔煉硅石或石英，SiO2被還原成SiO和Si，反應(yīng)過程中被還原成的熔融態(tài)Si從爐底流出，未被還原的SiO或者部分Si則以蒸氣形式透過料層在爐口被空氣氧化生成SiO2粉塵，并隨煙氣排出。微硅粉塵的冷凝形成過程速度較快，其中SiO2未及時形成晶體結(jié)構(gòu)，而形成非晶體SiO2粉塵，這個過程中硅石中的雜質(zhì)也會部分進(jìn)入煙塵中。
微硅粉塵是一種顆粒細(xì)小、輕、易漂浮的可吸入顆粒，如果直接排放，會造成粉塵不易沉降，漂浮于空氣中，嚴(yán)重影響人類健康和周邊環(huán)境。微硅粉塵顆粒被人體吸入后可直接進(jìn)入肺部，會引起肺癌等灰塵病。因此，各國都開始重視微硅粉塵的回收利用。
微硅粉顆粒因具有粒度細(xì)小、質(zhì)量輕、吸濕性能差、易團(tuán)聚、不易沉降等特點(diǎn)，不適合采用濕法凈化除塵。微硅粉煙塵顆粒粒度和比電阻一般分別為0.1~10μm和50Ω·cm，而電除塵法只能處理比電阻小于20Ω·cm和粒度在1~200μm的煙塵，因此電除塵工藝也不適合回收微硅粉。目前微硅粉回收多采用干法除塵工藝，如圖5所示。微硅粉品質(zhì)和除塵設(shè)備的除塵效果有關(guān)。除塵設(shè)備的除塵效果和風(fēng)壓、風(fēng)量、炭粉含量、溫度有關(guān)系。目前，微硅粉回收的主要問題是高溫段煙氣管道膨脹、粉塵的加密、系統(tǒng)溫度控制延時等。
一般而言，微硅粉中SiO2的品位越高，其附加值越高。微硅粉品位和原材料、工藝、設(shè)備、工藝參數(shù)與操作等因素有關(guān)。例如，冶煉硅鐵或工業(yè)硅時，適當(dāng)降低還原劑焦炭的灰分，煙塵微硅粉中Al2O3和CaO含量會降低，可提高SiO2含量。
