Кремнезем, також відомий як міксиліка, це дрібнозернистий порошок, який утворюється як побічний продукт виробництва металевого кремнію з кварцу. Він складається з аморфного кремнезему (SiO2) з високою питомою поверхнею (SSA) до 250 м2/г. Дим кремнезему має низку властивостей, які роблять його корисним у різноманітних застосуваннях, в тому числі бетон, вогнетривкі матеріали, і композити.

Освіта кремнезему відбувається при тетрахлориді кремнію (SiCl4) газ вводять у гарячу піч (зазвичай при температурах 1600-1800°C). Газ SiCl4 реагує з гарячою атмосферою печі, утворюючи газ SiO, який потім конденсується з утворенням частинок кремнезему. На розмір і властивості частинок кремнезему впливає низка факторів, включаючи температуру печі, концентрація кисню і вуглекислого газу в атмосфері печі, та присутність інших газоподібних видів.

Вплив концентрації кисню

Концентрація кисню відіграє важливу роль в утворенні кремнезему. Вищі рівні кисню сприяють окисленню сполук кремнію, дозволяючи утворювати частинки кремнезему з певними характеристиками. Дослідження показують, що концентрація кисню безпосередньо впливає на розмір частинок, площа поверхні, і хімічний склад кремнезему.

Вплив на розмір частинок і питому площу поверхні

Підвищена концентрація кисню зазвичай призводить до утворення менших частинок кремнезему. Вищі рівні кисню сприяють більш повному згорянню сполук кремнію, внаслідок окислення та охолодження утворюються дрібніші частинки. Додатково, підвищена концентрація кисню корелює зі збільшенням питомої поверхні частинок кремнезему. Більш висока питома поверхня підвищує пуцоланову реакційну здатність кремнезему в цементних системах, в кінцевому підсумку покращує міцність і довговічність бетону.

Вплив на хімічний склад

Концентрація кисню впливає на хімічний склад кремнезему, впливаючи на ступінь окислення під час його утворення. Вищі рівні кисню сприяють перетворенню сполук кремнію в аморфний кремнезем, підвищення вмісту кремнезему в димі. Цей підвищений вміст кремнезему сприяє пуцолановій активності кремнезему, що робить його ефективним додатковим цементуючим матеріалом у бетоні.

Вплив концентрації вуглекислого газу

Концентрація вуглекислого газу є ще одним критичним фактором утворення кремнезему. Під час процесу редукції, вуглекислий газ може реагувати з сполуками кремнію, впливаючи на характеристики одержаного кремнезему.

Вплив на розмір частинок і питому площу поверхні

Концентрація вуглекислого газу, як правило, має мінімальний вплив на розмір частинок кремнезему та питому площу поверхні. На відміну від кисню, вплив вуглекислого газу на формування частинок менш виражений. Однак, його роль у процесі утворення вимагає подальшого дослідження, щоб повністю зрозуміти його вплив на властивості пилу кремнезему.

Вплив на хімічний склад

Концентрація вуглекислого газу може впливати на хімічний склад кремнезему шляхом потенційного включення вуглецю в структуру кремнезему. Це може призвести до змін у реакційній здатності та продуктивності пилу кремнезему в бетоні. Однак, ступінь включення вуглецю та його наслідки вимагають більш комплексного дослідження.

Вплив інших газоподібних речовин

Крім кисню і вуглекислого газу, інші газоподібні види також впливають на утворення кремнезему. Особливо, водяна пара та діоксид сірки можуть впливати на процес і властивості кремнезему.

Вплив водяної пари

Водяна пара може впливати на утворення кремнезему, беручи участь у реакціях гідролізу сполуками кремнію. Ці реакції можуть вплинути на розмір частинок, питома площа поверхні, і хімічний склад. Тоді як вплив водяної пари визнано, його складна взаємодія з процесом формування вимагає подальшого дослідження.

Вплив діоксиду сірки

Присутність діоксиду сірки в атмосфері печі може змінити процес окислення сполук кремнію, потенційно призводить до утворення кристалічного кремнезему замість аморфного кремнезему. Ця зміна може перешкоджати пуццоланової реакційній здатності отриманого диму. Таким чином, Контроль викидів діоксиду сірки має вирішальне значення для забезпечення якості кремнезему.

Висновок

Підсумовуючи, газові атмосфери суттєво впливають на утворення пилу кремнезему і згодом впливають на його властивості. Oxygen concentration plays a pivotal role in determining particle size, питома площа поверхні, і хімічний склад. Carbon dioxide concentration and other gaseous species also have discernible effects, 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.