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微矽粉在隔熱保溫方麵的應用

作者: 發布時間:2018-01-15 瀏覽次數:890
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微矽粉在隔熱保溫方麵的應用

保溫隔熱材料距今已有幾千的曆史,早在原始社會時期,人類就已經開始通過使用土石、草木等建築洞穴和房屋來阻隔寒冷。


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18世紀60年代工業革命的開始,傳統的手工業逐漸轉入機器大生產,工業時代的到來也帶動了現代意義的保溫隔熱材料的發展。
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20世紀70年代初,世界性能源危機的出現,使得保溫隔熱材料得以迅速發展,相繼湧現出了大量的新品種,與此同時,傳統的保溫隔熱材料正逐漸退出曆史舞台。高效節能的保溫隔熱材料已成為當今世界的發展主流。
定義:保溫隔熱材料通常是一種質輕、疏鬆、多孔、導熱係數小的材料,通常使用的保溫隔熱材料在平均溫度不大於623K(350℃)時,導熱係數應小於0.14W/(m·K)。保溫隔熱材料通過減緩由傳導、對流、輻射產生的熱流速率起到防止高溫向低溫傳熱,隔離太陽輻射和高溫影響的作用。


保溫隔熱材料有許多種分類方法:


1、根據狀態和結構的不同,可分為泡沫狀保溫隔熱材料(即固體基質連續而氣孔不連續),粉末狀保溫隔熱材料(即固體基質不連續而氣孔連續),纖維狀或多層狀保溫隔熱材料(即固體基質和氣孔都連續);


2、根據形態的不同,可分為板塊狀保溫隔熱材料和漿體狀保溫隔熱材料等;


3、根據材質的不同,可分為有機保溫隔熱材料和無機保溫隔熱材料。

3.1、有機保溫隔熱材料主要以泡沫型保溫隔熱材料為主,聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及其酚醛樹脂泡沫是目前應用廣泛的有機保溫隔熱材料。這些材料具有導熱係數小、強度高、吸水率低、不透水等特點。

3.2、無機保溫隔熱材料由於其具有不燃的特點,而越來越受到人們的重視與研究,其年增長速率多於5%,有機保溫隔熱材料為2.5%。在眾多的無機保溫隔熱材料中,因膨脹珍珠岩製品吸水率高;礦物棉中含有的短纖維會對人體呼吸係統產生威脅,且礦物棉材料強度低,易於坍塌;而以添加微矽粉的複合矽酸鹽保溫材料為代表的無機隔熱保溫材料,因其特有的高承重性能和高效隔熱保溫性能正目益引起人們的關注。


微矽粉又名矽灰、矽粉,是從金屬矽或矽鐵等合金冶煉的煙氣中回收的粉塵,外觀為灰色或灰白色,主要成分是二氧化矽,含量80%~94%,顏色從深褐色到灰白色,質量越好顏色越淺,物理性質見表1,微矽粉的主要化學成份見表2。


表1 微矽粉的物理性質

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表2微矽粉的主要化學成份

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鐵合金行業在冶煉矽鐵或工業矽時在礦熱爐內產生大量高揮發性的SiO2和Si氣體,氣體經煙道排放接觸空氣而氧化冷凝沉澱,然後經分離器通過專用除塵環保設備回收得到微矽粉。由於微矽粉是從煙氣中收集的,導致顆粒細小、狀態疏鬆、質輕密度低,這可能導致運輸和處理困難,因此常利用各種方法對矽粉進行致密化或壓縮處理:如增密、懸浮液化或顆粒團化,有效地解決了微矽粉包裝、存儲、運輸等過程的成本及二次汙染的問題。



一、微矽粉在國內研究現狀



我國對微矽粉的回收利用和研究起步較晚,早期僅僅將微矽粉閑置堆放或作填料處理,矽鐵合金冶煉廠商並未意識到微矽粉的潛在價值,對其回收也不夠重視,加上冶金工藝和回收裝備不先進導致其產量和質量都欠佳。“十五”以來我國冶金工業一直保持著快速發展,鋼鐵工業既是國民經濟的基礎工業,又是資源、能源密集型產業,因此“三廢"排放量很大。


發展是國家的第一要務,如何以科學發展觀和循環經濟理念為統領,正確處理好發展與環境的關係,使現代工業逐步做到“三廢”減量化、再利用、資源化的清潔生產,防治汙染、保護環境是促進冶金工業,國民經濟和社會和諧發展所麵臨的重要而緊迫的任務,因此冶金企業對微矽粉的回收和利用重視起來,許多鐵合金廠都配備了先進的回收除塵設備,投入了大量研發資金加大對其價值的發掘力度,並引進了加密技術。為了規範微矽粉的生產,國家還製定了行業標準,各地政府也相應出台了規程,如上海目前已經編製了《高強混凝土結構設計規程》。目前,我國微矽粉主要應用於水泥混凝土和耐火工業兩個領域



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水泥混凝土工業應用



微矽粉,是現代混凝土的一種常用礦物摻合料,通常應用於高強混凝土中,不僅節約水泥,而且改善環境,有力促進了混凝土和建築工程健康發展,並且摻入微矽粉可有效抑製堿骨料反應,提高混凝土的抗滲、抗鋼筋鏽蝕等耐久性能。



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耐火材料的應用



八十年代末期,我國開始較大規模地在陶瓷和耐火材料中使用微矽粉,我國冶金部建築研究總院自1985年就開始進行低水泥澆注料研究,1988年通過部級鑒定,已在寶鋼、首鋼項目上使用。研究發現,將澆注料中加入微矽粉可以大幅提高澆注料的強度和密度,同時發現微矽粉可以降低特種耐火材料製品的燒結溫度。



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其他用途



在我國微矽粉不僅僅被用於水泥混凝土、耐火材料工業,其他領域也有一定研究進展。上海火星化工廠成功將微矽粉用於水玻璃生產,並在上海寶鋼項目得到應用;微矽粉也可被用於工程板材,如微矽粉.玻璃隔熱材料,化工業開發塗料等。



二、含微矽粉保溫隔熱材料



應用微矽粉作為主要原料製備複合矽酸鹽保溫隔熱材料逐漸成為了目前微矽粉的應用熱點。複合矽酸鹽保溫塗料是當前應用廣泛的保溫塗料之一,屬於阻隔型保溫隔熱塗料,它是一種呈微孔網狀結構的新型高效節能保溫塗料(濕態呈灰白色粘稠膏狀)。這類保溫塗料以鬆解過的海泡石作為主要原料,以水玻璃為主要粘結劑。後來除海泡石外,還加入大量的膨脹珍珠岩、膨脹蛭石、漂珠、粉煤灰、微矽粉、矽藻土、石棉、玻璃棉、礦棉、矽酸鋁纖維等,所用粘結劑也由單一的水玻璃發展為石膏(常溫)、水泥(常溫)、高鋁水泥(中溫)、矽溶膠(高溫)等複合使用。其中微矽粉為重要的矽化合物的來源。此外,還通過加入各種外加劑來改善塗料各種性能,如流動性、硬化性、憎水性、耐高溫性、反射性等。經過機械打漿、發泡、攪拌等工藝製成膏狀保溫塗料。其特點是生產過程簡便、可以塗抹、施工方便、保溫層整體性好。特別使用於異型設備如閥門、法蘭、三通、球體、錐體、旋轉體等管道附件和設備的保溫。


含微矽粉矽酸鹽保溫塗料與其他保溫塗料相比,具有以下方麵的優勢:


1、具有良好的穩定性。矽酸鹽保溫隔熱塗料繼承了矽酸鹽穩定性的性質,無塵、無毒、對人體無刺激且使用後不變形、不腐蝕、穩定可靠,可適用於不同工作環境;


2、裝飾性好,含微矽粉複合矽酸鹽保溫隔熱塗料具有很好的裝飾性。它不但適用於新建築,也可以對老房、舊牆進行重新包裝;


3、施工方便,微矽粉複合矽酸鹽保溫塗料其幹燥後有一定的抗壓強度和粘接強度,非承重部位無須造殼,在施工上變的非常簡單,省去了支撐件,可現場塗抹,不需要保護層,不受保溫表麵形狀限製,從而也節省了施工費用。特別在異型設備上具有其它保溫塗料無法比擬的優勢。異型設備保溫一直是保溫界的一大難題。因異型設備外觀特殊,形狀複雜,表麵變化大,而硬製保溫材料一般為板、瓦等型材,很不好安裝。但微矽粉複合矽酸鹽保溫隔熱塗料是膏狀,可塑性強,可塗抹成任何形狀,不浪費材料,不用造殼而且密封好。


4、可用於熱態修補,複合矽酸鹽保溫塗料可十分方便的用於熱態修補而不影響設備的正常運行。


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圖1為洛陽申博138微矽粉有限公司生產的微矽粉SEM照片。由圖可見該微矽粉為規則的納米級二氧化矽球體。由於納米球體具有較高的比表麵積,當納米二氧化矽球體發生團聚時,球體間存在大量的微氣孔,使微矽粉中發生的導熱是由固相和氣相完成的。這種微觀氣孔內的氣體分子熱運動產生的熱傳導的氣相傳熱具有低導熱係數的特點,因此這種微觀結構可以有效的阻隔熱量的傳導,可以獲得良好的隔熱效果,由此可見微矽粉是一種理想的隔熱保溫材料。


微矽粉作為填料用於製備軋鋼加熱爐爐襯隔熱噴塗料,該塗料采用氧化鋁空心球作為骨料,微矽粉等為複合結合劑。研製的爐襯隔熱噴塗料施工性能良好,噴塗附著率高,在爐襯表麵能夠形成厚度均勻,覆蓋完整的隔熱噴塗層,能夠滿足噴塗施工技術要求。在實際生產應用中使爐牆表麵溫度降低30℃以上,降低了加熱爐煤氣能耗。


用微矽粉的複合隔熱保溫塗料,該塗料以微矽粉,空心玻璃微珠作為主要填料添加矽藻土雲母粉等,該塗料的導熱係數低於0.1W/(m·K),最低可達0.05 W/(m·K)。


沈陽理工大學魏莉教授帶領的課題組,以微矽粉為主要填料,加入真空球形納米顆粒,以陶瓷纖維作為增強材料,製備出了一種可耐600度的耐高溫隔熱保溫塗料,導熱係數達到0.03-0.04W/m.K,且防水性能良好。這種塗料可廣泛用於高溫熱流傳輸管道、窯爐等需要保溫的場合,尤其適合於高溫閥門,彎曲管道等。克服了傳統的保溫棉、保溫氈等由於空隙而造成的熱量缺失。這種塗料中由於加入了微矽粉,使得塗料的塗抹性能大大改善,塗料的導熱係數降低。


由此可見將微矽粉應用在隔熱保溫材料方麵是可行的。



三、微矽粉保溫隔熱材料在各行業的應用



在我國,含微矽粉複合矽酸鹽保溫隔熱塗料主要用作工業保溫塗料,如高溫管道保溫,或者鍋爐、窯爐等的外殼保溫,集中在電力、化工等行業。隨著人民生活水平的提高和我國對於建築物保溫節能工作的政策性指導,含微矽粉複合矽酸鹽保溫隔熱塗料用於建築內外保溫得到了逐步的認可和較大麵積的使用。



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在電力行業的應用



保溫在電力行業尤其是熱力發電廠如火力發電廠、核能電站、地熱電站等占有重要的地位。它具有節約能源、降低熱損失、滿足電廠生產工藝要求、確保設備、生產、人身安全、改善環境、提高經濟效益等作用,是電廠建設的重要組成部分。含微矽粉矽酸鹽複合隔熱塗料的出現對一些異型的設備如閥門、彎頭、汽缸、水箱、容器等的保溫起過很好的作用。矽酸鹽複合隔熱塗料保溫層無縫隙,因而提高了保溫效果,但也存在密度變化大、體積收縮大、冷態施工固化時間長等問題。針對上述問題各科研單位和工廠作了大量改進研究,並取得了成效。



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在水泥廠中的應用



將微矽粉複合矽酸鹽保溫塗料塗抹在烘幹機筒體表麵,使熱散失減少80%以上,同時使筒內壁不會產生水分,保持幹燥狀況,這樣就不會形成堵塞和酸性腐蝕筒體,使筒體延長壽命。另外,還提高烘幹產量約15%~20%左右,節能效果更加明顯,還可用於露天管道等。該種保溫塗料在很多水泥廠應用都給予很高的評價,一致認為在保溫節能工作中發揮了很大作用,為企業和社會獲得了良好的經濟效益。



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在建築行業的應用



在建築中,微矽粉矽酸鹽保溫隔熱塗料主要用於內外牆體保溫。保溫塗料通常呈纖維稠狀膏體,塗敷在牆體表麵,幹燥後形成有一定強度及彈性的保溫層,其具有導熱係數低、施工方便、造價低廉、保溫效果顯著的特點。由於微矽粉矽酸鹽複合保溫隔熱牆體塗料,具有較小的導熱係數、較好的隔熱性及優異的保溫性能,並具有很高的粘結強度、抗拉強度和剪切強度,得到了廣泛的應用。


洛陽申博138微矽粉有限公司科技顧問

沈陽理工大學教授 博士生導師:魏莉

洛陽申博138微矽粉有限公司 總經理:張會濤


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