Fumée de silice, également connu sous le nom de microsilice, est une poudre à grains fins produite comme sous-produit de la production de silicium métal à partir de quartz. Il est composé de silice amorphe (SiO2) avec une surface spécifique élevée (ASS) jusqu'à 250 m2/g. La fumée de silice a un certain nombre de propriétés qui la rendent utile dans une variété d'applications, y compris béton, matériaux réfractaires, et composites.
La formation de fumée de silice se produit lorsque le tétrachlorure de silicium (SiCl4) le gaz est injecté dans un four chaud (typiquement à des températures de 1600-1800°C). Le gaz SiCl4 réagit avec l'atmosphère chaude du four pour former du gaz SiO, qui se condense ensuite pour former des particules de fumée de silice. La taille et les propriétés des particules de fumée de silice sont affectées par un certain nombre de facteurs, y compris la température du four, la concentration d'oxygène et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère du four, et la présence d'autres espèces gazeuses.
L'effet de la concentration en oxygène
La concentration en oxygène joue un rôle essentiel dans la formation de fumée de silice. Des niveaux d'oxygène plus élevés favorisent l'oxydation des composés de silicium, permettant la formation de particules de fumée de silice aux caractéristiques spécifiques. La recherche indique que la concentration en oxygène influence directement la taille des particules, superficie, et composition chimique de la fumée de silice.
Effet sur la taille des particules et la surface spécifique
L'augmentation de la concentration en oxygène conduit généralement à la production de plus petites particules de fumée de silice. Des niveaux d'oxygène plus élevés facilitent une combustion plus complète des composés de silicium, résultant en des particules plus fines lors de l'oxydation et du refroidissement. En outre, une concentration élevée en oxygène est en corrélation avec une surface spécifique accrue des particules de fumée de silice. Une surface spécifique plus élevée améliore la réactivité pouzzolanique de la fumée de silice dans les systèmes cimentaires, améliorant finalement la résistance et la durabilité du béton.
Effet sur la composition chimique
La concentration en oxygène affecte la composition chimique de la fumée de silice en influençant l'étendue de l'oxydation lors de sa formation. Des niveaux d'oxygène plus élevés favorisent la conversion des composés de silicium en silice amorphe, augmenter la teneur en silice des fumées. Cette teneur accrue en silice contribue à l'activité pouzzolanique de la fumée de silice, ce qui en fait un complément cimentaire efficace dans le béton.
L'effet de la concentration de dioxyde de carbone
La concentration de dioxyde de carbone est un autre facteur critique dans la formation de fumée de silice. Pendant le processus de réduction, le dioxyde de carbone peut réagir avec les composés de silicium, influençant les caractéristiques de la fumée de silice résultante.
Effet sur la taille des particules et la surface spécifique
Carbon dioxide concentration tends to have a minimal impact on silica fume particle size and specific surface area. Unlike oxygen, carbon dioxide’s influence on particle formation is less pronounced. Cependant, its role in the formation process requires further investigation to fully understand its effects on silica fume properties.
Effet sur la composition chimique
Carbon dioxide concentration can influence the chemical composition of silica fume by potentially incorporating carbon into the silica structure. Cela pourrait entraîner des changements dans la réactivité et les performances de la fumée de silice dans les applications de béton. Cependant, l'ampleur de l'incorporation de carbone et ses conséquences nécessitent des recherches plus approfondies.
L'effet d'autres espèces gazeuses
Outre l'oxygène et le dioxyde de carbone, d'autres espèces gazeuses ont également un impact sur la formation de fumée de silice. Notamment, la vapeur d'eau et le dioxyde de soufre peuvent influencer le processus et les propriétés de la fumée de silice.
Effet de la vapeur d'eau
Water vapor can impact the formation of silica fume by participating in hydrolysis reactions with silicon compounds. These reactions could affect particle size, aire de surface spécifique, et composition chimique. While water vapor’s influence is recognized, its intricate interactions with the formation process warrant further exploration.
Effect of Sulfur Dioxide
Sulfur dioxide presence in the furnace atmosphere can alter the oxidation process of silicon compounds, conduisant potentiellement à la formation de silice cristalline au lieu de silice amorphe. Ce changement pourrait entraver la réactivité pouzzolanique de la fumée résultante. Ainsi, le contrôle des émissions de dioxyde de soufre est crucial pour assurer la qualité de la fumée de silice.
Conclusion
En résumé, les atmosphères gazeuses influencent de manière significative la formation de fumée de silice et affectent par la suite ses propriétés. La concentration en oxygène joue un rôle central dans la détermination de la taille des particules, aire de surface spécifique, et composition chimique. La concentration de dioxyde de carbone et d'autres espèces gazeuses ont également des effets perceptibles, although more research is needed to comprehensively understand their impact. 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.
