غبار السيليكا, المعروف أيضا باسم microsilica, عبارة عن مسحوق ناعم الحبيبات منتج ثانوي لإنتاج معدن السيليكون من الكوارتز. وهي تتألف من السيليكا غير المتبلورة (SiO2) مع مساحة سطح محددة عالية (SSA) تصل إلى 250 م 2 / ز. يحتوي غبار السيليكا على عدد من الخصائص التي تجعله مفيدًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات, مشتمل أسمنت, صهر المواد, والمركبات.
يحدث تكوين دخان السيليكا عندما يحدث رابع كلوريد السيليكون (SiCl4) يتم حقن الغاز في فرن ساخن (عادة عند درجات حرارة 1600-1800 درجة مئوية). يتفاعل غاز SiCl4 مع الغلاف الجوي للفرن الساخن لتكوين غاز SiO, والتي تتكثف بعد ذلك لتشكيل جزيئات دخان السيليكا. يتأثر حجم وخصائص جسيمات دخان السيليكا بعدد من العوامل, بما في ذلك درجة حرارة الفرن, تركيز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للفرن, ووجود أنواع غازية أخرى.
تأثير تركيز الأكسجين
يلعب تركيز الأكسجين دورًا حيويًا في تكوين دخان السيليكا. تعزز مستويات الأكسجين المرتفعة أكسدة مركبات السيليكون, السماح بتكوين جزيئات دخان السيليكا بخصائص محددة. تشير الأبحاث إلى أن تركيز الأكسجين يؤثر بشكل مباشر على حجم الجسيمات, مساحة السطح, والتركيب الكيميائي لأبخرة السيليكا.
التأثير على حجم الجسيمات ومساحة السطح المحددة
تؤدي زيادة تركيز الأكسجين بشكل عام إلى إنتاج جزيئات أصغر من دخان السيليكا. تسهل مستويات الأكسجين المرتفعة الاحتراق الكامل لمركبات السيليكون, ينتج عنه جزيئات دقيقة عند الأكسدة والتبريد. بالإضافة إلى ذلك, يرتبط تركيز الأكسجين المرتفع بزيادة مساحة السطح المحددة لجزيئات دخان السيليكا. تعمل مساحة السطح المحددة الأعلى على تعزيز التفاعل البوزولاني لدخان السيليكا في الأنظمة الأسمنتية, في نهاية المطاف تحسين قوة الخرسانة والمتانة.
التأثير على التركيب الكيميائي
يؤثر تركيز الأكسجين على التركيب الكيميائي لدخان السيليكا من خلال التأثير على مدى الأكسدة أثناء تكوينه. تفضل مستويات الأكسجين الأعلى تحويل مركبات السيليكون إلى سيليكا غير متبلورة, زيادة محتوى السيليكا في الدخان. يساهم محتوى السيليكا المحسن هذا في النشاط البوزولاني لدخان السيليكا, مما يجعلها مادة إسمنتية تكميلية فعالة في الخرسانة.
تأثير تركيز ثاني أكسيد الكربون
تركيز ثاني أكسيد الكربون هو عامل حاسم آخر في تكوين دخان السيليكا. أثناء عملية التخفيض, يمكن أن يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع مركبات السيليكون, التأثير على خصائص دخان السيليكا الناتج.
التأثير على حجم الجسيمات ومساحة السطح المحددة
يميل تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى أن يكون له تأثير ضئيل على حجم جسيمات دخان السيليكا ومساحة السطح المحددة. على عكس الأكسجين, ويكون تأثير ثاني أكسيد الكربون على تكوين الجسيمات أقل وضوحًا. لكن, يتطلب دوره في عملية التكوين مزيدًا من البحث لفهم تأثيراته بشكل كامل على خصائص دخان السيليكا.
التأثير على التركيب الكيميائي
يمكن أن يؤثر تركيز ثاني أكسيد الكربون على التركيب الكيميائي لأبخرة السيليكا من خلال دمج الكربون في بنية السيليكا. قد يؤدي هذا إلى تغييرات في تفاعل وأداء دخان السيليكا في التطبيقات الخرسانية. لكن, يتطلب مدى دمج الكربون وعواقبه بحثًا أكثر شمولاً.
تأثير الأنواع الغازية الأخرى
بخلاف الأكسجين وثاني أكسيد الكربون, الأنواع الغازية الأخرى تؤثر أيضًا على تكوين أبخرة السيليكا. بشكل ملحوظ, يمكن أن يؤثر بخار الماء وثاني أكسيد الكبريت على عملية وخصائص دخان السيليكا.
تأثير بخار الماء
يمكن أن يؤثر بخار الماء على تكوين دخان السيليكا من خلال المشاركة في تفاعلات التحلل المائي مع مركبات السيليكون. هذه التفاعلات يمكن أن تؤثر على حجم الجسيمات, مساحة محددة, والتركيب الكيميائي. بينما يتم التعرف على تأثير بخار الماء, تفاعلاتها المعقدة مع عملية التكوين تتطلب المزيد من الاستكشاف.
تأثير ثاني أكسيد الكبريت
يمكن أن يؤدي وجود ثاني أكسيد الكبريت في جو الفرن إلى تغيير عملية أكسدة مركبات السيليكون, يحتمل أن يؤدي إلى تكوين السيليكا البلورية بدلاً من السيليكا غير المتبلورة. هذا التغيير يمكن أن يعيق التفاعل البوزولاني للدخان الناتج. هكذا, يعد التحكم في انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة دخان السيليكا.
استنتاج
في ملخص, تؤثر أجواء الغاز بشكل كبير على تكوين دخان السيليكا وبالتالي تؤثر على خصائصه. يلعب تركيز الأكسجين دورًا محوريًا في تحديد حجم الجسيمات, مساحة محددة, والتركيب الكيميائي. كما أن لتركيز ثاني أكسيد الكربون والأنواع الغازية الأخرى تأثيرات ملحوظة, على الرغم من أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم تأثيرها بشكل شامل. يؤكد التفاعل المعقد بين هذه الغازات أثناء تكوين دخان السيليكا على الحاجة إلى البحث المستمر لتحسين عملية الإنتاج وتعزيز أداء المادة في التطبيقات الخرسانية..
