Silica-Rauch, auch Mikrosilica genannt, ist ein feinkörniges Pulver, das als Nebenprodukt bei der Herstellung von Siliziummetall aus Quarz entsteht. Es besteht aus amorpher Kieselsäure (SiO2) mit hoher spezifischer Oberfläche (SSA) von bis zu 250 m2/g. Quarzstaub hat eine Reihe von Eigenschaften, die ihn für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich machen, einschließlich Beton, Feuerfeste Materialien, und Verbundwerkstoffe.

Bei Siliciumtetrachlorid kommt es zur Bildung von Silicastaub (SiCl4) Gas wird in einen heißen Ofen injiziert (typischerweise bei Temperaturen von 1600-1800°C). Das SiCl4-Gas reagiert mit der heißen Ofenatmosphäre zu SiO-Gas, das dann kondensiert, um Silikastaubpartikel zu bilden. Die Größe und Eigenschaften der Silikastaubpartikel werden von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, einschließlich der Temperatur des Ofens, die Konzentration von Sauerstoff und Kohlendioxid in der Ofenatmosphäre, und das Vorhandensein anderer gasförmiger Spezies.

Die Wirkung der Sauerstoffkonzentration

Die Sauerstoffkonzentration spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Silikatrauch. Höhere Sauerstoffwerte fördern die Oxidation von Siliziumverbindungen, Dies ermöglicht die Bildung von Silica-Rauchpartikeln mit spezifischen Eigenschaften. Untersuchungen zeigen, dass die Sauerstoffkonzentration einen direkten Einfluss auf die Partikelgröße hat, Oberfläche, und chemische Zusammensetzung von Silikatrauch.

Auswirkung auf Partikelgröße und spezifische Oberfläche

Eine erhöhte Sauerstoffkonzentration führt im Allgemeinen zur Produktion kleinerer Silica-Rauchpartikel. Höhere Sauerstoffwerte erleichtern eine vollständigere Verbrennung von Siliziumverbindungen, Dies führt bei Oxidation und Abkühlung zu feineren Partikeln. Zusätzlich, Eine erhöhte Sauerstoffkonzentration korreliert mit einer vergrößerten spezifischen Oberfläche der Silicastaubpartikel. Eine höhere spezifische Oberfläche erhöht die puzzolanische Reaktivität von Silicastaub in zementären Systemen, Dies verbessert letztendlich die Festigkeit und Haltbarkeit des Betons.

Auswirkung auf die chemische Zusammensetzung

Die Sauerstoffkonzentration beeinflusst die chemische Zusammensetzung von Quarzstaub, indem sie das Ausmaß der Oxidation während seiner Bildung beeinflusst. Höhere Sauerstoffgehalte begünstigen die Umwandlung von Siliziumverbindungen in amorphe Kieselsäure, Erhöhung des Kieselsäuregehalts im Rauch. Dieser erhöhte Kieselsäuregehalt trägt zur puzzolanischen Aktivität von Kieselsäurerauch bei, Dies macht es zu einem wirksamen ergänzenden zementären Material in Beton.

Die Wirkung der Kohlendioxidkonzentration

Die Kohlendioxidkonzentration ist ein weiterer kritischer Faktor bei der Bildung von Silikatrauch. Während des Reduktionsprozesses, Kohlendioxid kann mit Siliziumverbindungen reagieren, Beeinflussung der Eigenschaften des resultierenden Silikatrauchs.

Auswirkung auf Partikelgröße und spezifische Oberfläche

Die Kohlendioxidkonzentration hat tendenziell nur minimale Auswirkungen auf die Partikelgröße und die spezifische Oberfläche von Silicastaub. Im Gegensatz zu Sauerstoff, Der Einfluss von Kohlendioxid auf die Partikelbildung ist geringer. Jedoch, Seine Rolle im Entstehungsprozess erfordert weitere Untersuchungen, um seine Auswirkungen auf die Eigenschaften von Quarzstaub vollständig zu verstehen.

Auswirkung auf die chemische Zusammensetzung

Die Kohlendioxidkonzentration kann die chemische Zusammensetzung von Silikatrauch beeinflussen, indem möglicherweise Kohlenstoff in die Silikatstruktur eingebaut wird. Dies könnte zu Veränderungen der Reaktivität und Leistung von Silicastaub in konkreten Anwendungen führen. Jedoch, Das Ausmaß der Kohlenstoffeinlagerung und ihre Folgen erfordern eine umfassendere Forschung.

Die Wirkung anderer gasförmiger Spezies

Abgesehen von Sauerstoff und Kohlendioxid, Andere gasförmige Spezies wirken sich ebenfalls auf die Bildung von Silikatrauch aus. Vor allem, Wasserdampf und Schwefeldioxid können den Prozess und die Eigenschaften von Quarzstaub beeinflussen.

Wirkung von Wasserdampf

Wasserdampf kann die Bildung von Silicastaub beeinflussen, indem er an Hydrolysereaktionen mit Siliciumverbindungen teilnimmt. Diese Reaktionen könnten die Partikelgröße beeinflussen, spezifische Oberfläche, und chemische Zusammensetzung. Der Einfluss von Wasserdampf ist zwar bekannt, Seine komplizierten Wechselwirkungen mit dem Entstehungsprozess erfordern eine weitere Erforschung.

Wirkung von Schwefeldioxid

Das Vorhandensein von Schwefeldioxid in der Ofenatmosphäre kann den Oxidationsprozess von Siliziumverbindungen verändern, Dies führt möglicherweise zur Bildung von kristallinem Siliciumdioxid anstelle von amorphem Siliciumdioxid. Diese Veränderung könnte die puzzolanische Reaktivität des entstehenden Rauchs beeinträchtigen. Daher, Die Kontrolle der Schwefeldioxidemissionen ist von entscheidender Bedeutung, um die Qualität von Silikatrauch sicherzustellen.

Abschluss

Zusammenfassend, Gasatmosphären haben einen erheblichen Einfluss auf die Bildung von Quarzstaub und beeinflussen in der Folge dessen Eigenschaften. Die Sauerstoffkonzentration spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Partikelgröße, spezifische Oberfläche, und chemische Zusammensetzung. Auch die Konzentration von Kohlendioxid und anderen gasförmigen Stoffen hat erkennbare Auswirkungen, Allerdings sind weitere Untersuchungen erforderlich, um ihre Auswirkungen umfassend zu verstehen. The complex interplay between these gases during silica fume formation underscores the need for continued investigation to optimize the production process and enhance the material’s performance in concrete applications.