微矽粉是礦熱爐生產矽鐵合金和金屬矽過程中產生的Si和SiO氣體在煙道中與空氣氧化並迅速冷凝形成的粉塵，也稱為矽灰(或凝聚矽灰)。近年來，隨著環保力度的加強，微矽粉產量逐年增加，如果直接排放或堆棄，會造成環境汙染和資源浪費，因此，如何資源化利用這些數量巨大的微矽粉已成為矽鐵冶煉企業急需解決的問題。
微矽粉的主要化學成分為SiO2，其中的SiO2主要以非結晶相(或無定形SiO2)存在，含量≥80%、雜質成分少，比表面積為20~28m2/g，粒度小於10μm的顆粒佔80%以上，化學活性高，容易與鹼反應，且具有質量輕、耐火度高、活性強等特點，被廣泛應用於建築、耐火材料、冶金、陶瓷、化工等領域。本文對矽鐵冶煉副產物微矽粉的理化性質進行了分析，並從微矽粉產生、回收、應用等方面分析了其綜合回收利用的現狀，指出了微矽粉的高值化利用的方向。
1微矽粉的理化性能分析
樣品來自雲南某鐵合金廠，分別採用X射線焚光光譜儀、雷射粒度分析儀、掃描電鏡和X射線衍射儀分別分析了微矽粉樣品的主要化學成分、粒徑分布、微觀形貌和結晶結構。
1.1化學組成
微矽粉樣品的化學成分見表1。由表1可知，微矽粉含有大量的SiO2，少量的K2O、Na2O、游離C、MgO、PbO、Al2O3、ZnO、CaO、FexO等。由於礦熱爐生產原料不同，副產物微矽粉的化學成分也存在差異，但是通常微矽粉中SiO2含量一般都在80%~96%。微矽粉外觀雖灰白色、灰色或者深灰色，其顏色主要和C、Fe2O3含量等有關。
表1微矽粉的化學組成
1.2顆粒粒度與形貌
微矽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，微矽粉顆粒分布均勻，粒徑介於0.75~11.8μm，分布較窄，中位粒徑為4μm左右。從圖2可以看出，微矽粉主要為球形顆粒，大小不一，有顆粒團聚現象。此外，我們在對微矽粉進行能譜分析時還發現，樣品微矽粉主要由Si、O、K、Mg等元素組成。
圖1微矽粉的粒度分布
圖2微矽粉的SEM圖像
1.3礦相結構
微矽粉樣品的物相組成如圖3所示。從圖3可以看出，微矽粉的X衍射圖譜為典型的玻璃態特徵彌散峰，說明微矽粉塵中SiO2以無定形存在。原因可能是微矽粉塵的冷凝形成過程速度較快，微矽粉中的SiO2未及時形成晶體結構。
圖3微矽粉的X射線衍射圖譜
2微矽粉塵的產生過程與回收現狀分析
2.1微矽粉的產生過程
金屬矽冶煉過程中，微矽粉的形成過程如圖4所示。在電爐內1700℃下，用焦炭還原熔煉矽石或石英，SiO2被還原成SiO和Si，反應過程中被還原成的熔融態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，並隨煙氣排出。微矽粉塵的冷凝形成過程速度較快，其中SiO2未及時形成晶體結構，而形成非晶體SiO2粉塵，這個過程中矽石中的雜質也會部分進入煙塵中。
圖4微矽粉的形成過程
2.2微矽粉的回收現狀分析
微矽粉塵是一種顆粒細小、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，漂浮於空氣中，嚴重影響人類健康和周邊環境。微矽粉塵顆粒被人體吸入後可直接進入肺部，會引起肺癌等灰塵病。因此，各國都開始重視微矽粉塵的回收利用。
微矽粉顆粒因具有粒度細小、質量輕、吸溼性能差、易團聚、不易沉降等特點，不適合採用溼法淨化除塵。微矽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於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矽粉。目前微矽粉回收多採用幹法除塵工藝，如圖5所示。微矽粉品質和除塵設備的除塵效果有關。除塵設備的除塵效果和風壓、風量、炭粉含量、溫度有關係。目前，微矽粉回收的主要問題是高溫段煙氣管道膨脹、粉塵的加密、系統溫度控制延時等。
圖5 矽鐵冶煉的煙氣治理工藝
一般而言，微矽粉中SiO2的品位越高，其附加值越高。微矽粉品位和原材料、工藝、設備、工藝參數與操作等因素有關。例如，冶煉矽鐵或工業矽時，適當降低還原劑焦炭的灰分，煙塵微矽粉中Al2O3和CaO含量會降低，可提高SiO2含量。