保溫隔熱材料距今已有幾千的歷史，早在原始社會(huì)時(shí)期，人類就已經(jīng)開始通過使用土石、草木等建筑洞穴和房屋來阻隔寒冷。18世紀(jì)60年代工業(yè)革命的開始，傳統(tǒng)的手工業(yè)逐漸轉(zhuǎn)入機(jī)器大生產(chǎn)，工業(yè)時(shí)代的到來也帶動(dòng)了現(xiàn)代意義的保溫隔熱材料的發(fā)展。20世紀(jì)70年代初，世界性能源危機(jī)的出現(xiàn)，使得保溫隔熱材料得以迅速發(fā)展，相繼涌現(xiàn)出了大量的新品種，與此同時(shí)，傳統(tǒng)的保溫隔熱材料正逐漸退出歷史舞臺(tái)。高效節(jié)能的保溫隔熱材料已成為當(dāng)今世界的發(fā)展主流。保溫隔熱材料通常是一種質(zhì)輕、疏松、多孔、導(dǎo)熱系數(shù)小的材料，通常使用的保溫隔熱材料在平均溫度不大于623K（350℃）時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于0.14W／(m·K)。保溫隔熱材料通過減緩由傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射產(chǎn)生的熱流速率起到防止高溫向低溫傳熱，隔離太陽輻射和高溫影響的作用。保溫隔熱材料有許多種分類方法，根據(jù)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的不同，可分為泡沫狀保溫隔熱材料（即固體基質(zhì)連續(xù)而氣孔不連續(xù)），粉末狀保溫隔熱材料（即固體基質(zhì)不連續(xù)而氣孔連續(xù)），纖維狀或多層狀保溫隔熱材料（即固體基質(zhì)和氣孔都連續(xù)）；根據(jù)形態(tài)的不同，可分為板塊狀保溫隔熱材料和漿體狀保溫隔熱材料等；根據(jù)材質(zhì)的不同，可分為有機(jī)保溫隔熱材料和無機(jī)保溫隔熱材料。有機(jī)保溫隔熱材料主要以泡沫型保溫隔熱材料為主，聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及其酚醛樹脂泡沫是目前應(yīng)用最為廣泛的有機(jī)保溫隔熱材料。這些材料具有導(dǎo)熱系數(shù)小、強(qiáng)度高、吸水率低、不透水等特點(diǎn)。無機(jī)保溫隔熱材料由于其具有不燃的特點(diǎn)，而越來越受到人們的重視與研究，其年增長(zhǎng)速率多于5％，有機(jī)保溫隔熱材料為2.5％。在眾多的無機(jī)保溫隔熱材料中，因膨脹珍珠巖制品吸水率高；礦物棉中含有的短纖維會(huì)對(duì)人體呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生威脅，且礦物棉材料強(qiáng)度低，易于坍塌；而以添加微硅粉的復(fù)合硅酸鹽保溫材料為代表的無機(jī)隔熱保溫材料，因其特有的高承重性能和高效隔熱保溫性能正目益引起人們的關(guān)注。

微硅粉又名硅灰、硅粉，是從金屬硅或硅鐵等合金冶煉的煙氣中回收的粉塵，外觀為灰色或灰白色，主要成分是二氧化硅，含量80％～94％，顏色從深褐色到灰白色，質(zhì)量越好顏色越淺，物理性質(zhì)見表1，微硅粉的主要化學(xué)成份見表2。

表1 微硅粉的物理性質(zhì)

表2微硅粉的主要化學(xué)成份

鐵合金行業(yè)在冶煉硅鐵或工業(yè)硅時(shí)在礦熱爐內(nèi)產(chǎn)生大量高揮發(fā)性的SiO2和Si氣體，氣體經(jīng)煙道排放接觸空氣而氧化冷凝沉淀，然后經(jīng)分離器通過專用除塵環(huán)保設(shè)備回收得到微硅粉。由于微硅粉是從煙氣中收集的，導(dǎo)致顆粒細(xì)小、狀態(tài)疏松、質(zhì)輕密度低，這可能導(dǎo)致運(yùn)輸和處理困難，因此常利用各種方法對(duì)硅粉進(jìn)行致密化或壓縮處理：如增密、懸浮液化或顆粒團(tuán)化，有效地解決了微硅粉包裝、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)冗^程的成本及二次污染的問題。

一、微硅粉在國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)微硅粉的回收利用和研究起步較晚，早期僅僅將微硅粉閑置堆放或作填料處理，硅鐵合金冶煉廠商并未意識(shí)到微硅粉的潛在價(jià)值，對(duì)其回收也不夠重視，加上冶金工藝和回收裝備不先進(jìn)導(dǎo)致其產(chǎn)量和質(zhì)量都欠佳。“十五”以來我國(guó)冶金工業(yè)一直保持著快速發(fā)展，鋼鐵工業(yè)既是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，又是資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)，因此“三廢"排放量很大。發(fā)展是國(guó)家的第一要?jiǎng)?wù)，如何以科學(xué)發(fā)展觀和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為統(tǒng)領(lǐng)，正確處理好發(fā)展與環(huán)境的關(guān)系，使現(xiàn)代工業(yè)逐步做到“三廢”減量化、再利用、資源化的清潔生產(chǎn)，防治污染、保護(hù)環(huán)境是促進(jìn)冶金工業(yè)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)和諧發(fā)展所面臨的重要而緊迫的任務(wù)，因此冶金企業(yè)對(duì)微硅粉的回收和利用重視起來，許多鐵合金廠都配備了先進(jìn)的回收除塵設(shè)備，投入了大量研發(fā)資金加大對(duì)其價(jià)值的發(fā)掘力度，并引進(jìn)了加密技術(shù)。為了規(guī)范微硅粉的生產(chǎn)，國(guó)家還制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各地政府也相應(yīng)出臺(tái)了規(guī)程，如上海目前已經(jīng)編制了《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》。目前，我國(guó)微硅粉主要應(yīng)用于水泥混凝土和耐火工業(yè)兩個(gè)領(lǐng)域。

1、水泥混凝土工業(yè)應(yīng)用

微硅粉，是現(xiàn)代混凝土的一種常用礦物摻合料，通常應(yīng)用于高強(qiáng)混凝土中，不僅節(jié)約水泥，而且改善環(huán)境，有力促進(jìn)了混凝土和建筑工程健康發(fā)展，并且摻入微硅粉可有效抑制堿骨料反應(yīng)，提高混凝土的抗?jié)B、抗鋼筋銹蝕等耐久性能。

2、耐火材料的應(yīng)用

八十年代末期，我國(guó)開始較大規(guī)模地在陶瓷和耐火材料中使用微硅粉，我國(guó)冶金部建筑研究總院自1985年就開始進(jìn)行低水泥澆注料研究，1988年通過部級(jí)鑒定，已在寶鋼、首鋼項(xiàng)目上使用。研究發(fā)現(xiàn)，將澆注料中加入微硅粉可以大幅提高澆注料的強(qiáng)度和密度，同時(shí)發(fā)現(xiàn)微硅粉可以降低特種耐火材料制品的燒結(jié)溫度。

3、其他用途

在我國(guó)微硅粉不僅僅被用于水泥混凝土、耐火材料工業(yè)，其他領(lǐng)域也有一定研究進(jìn)展。上海火星化工廠成功將微硅粉用于水玻璃生產(chǎn)，并在上海寶鋼項(xiàng)目得到應(yīng)用；微硅粉也可被用于工程板材，如微硅粉．玻璃隔熱材料，化工業(yè)開發(fā)涂料等。

二、含微硅粉保溫隔熱材料

應(yīng)用微硅粉作為主要原料制備復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱材料逐漸成為了目前微硅粉的應(yīng)用熱點(diǎn)。復(fù)合硅酸鹽保溫涂料是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的保溫涂料之一，屬于阻隔型保溫隔熱涂料，它是一種呈微孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型高效節(jié)能保溫涂料（濕態(tài)呈灰白色粘稠膏狀）。這類保溫涂料最初以松解過的海泡石作為主要原料，以水玻璃為主要粘結(jié)劑。后來除海泡石外，還加入大量的膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、漂珠、粉煤灰、微硅粉、硅藻土、石棉、玻璃棉、礦棉、硅酸鋁纖維等，所用粘結(jié)劑也由單一的水玻璃發(fā)展為石膏(常溫)、水泥(常溫)、高鋁水泥(中溫)、硅溶膠(高溫)等復(fù)合使用。其中微硅粉為重要的硅化合物的來源。此外，還通過加入各種外加劑來改善涂料各種性能，如流動(dòng)性、硬化性、憎水性、耐高溫性、反射性等。經(jīng)過機(jī)械打漿、發(fā)泡、攪拌等工藝制成膏狀保溫涂料。其特點(diǎn)是生產(chǎn)過程簡(jiǎn)便、可以涂抹、施工方便、保溫層整體性好。特別使用于異型設(shè)備如閥門、法蘭、三通、球體、錐體、旋轉(zhuǎn)體等管道附件和設(shè)備的保溫。

含微硅粉硅酸鹽保溫涂料與其他保溫涂料相比，具有以下方面的優(yōu)勢(shì)：

1、具有良好的穩(wěn)定性。硅酸鹽保溫隔熱涂料繼承了硅酸鹽穩(wěn)定性的性質(zhì)，無塵、無毒、對(duì)人體無刺激且使用后不變形、不腐蝕、穩(wěn)定可靠，可適用于不同工作環(huán)境；

2、裝飾性好，含微硅粉復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱涂料具有很好的裝飾性。它不但適用于新建筑，也可以對(duì)老房、舊墻進(jìn)行重新包裝；

3、施工方便，微硅粉復(fù)合硅酸鹽保溫涂料其干燥后有一定的抗壓強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度，非承重部位無須造殼，在施工上變的非常簡(jiǎn)單，省去了支撐件，可現(xiàn)場(chǎng)涂抹，不需要保護(hù)層，不受保溫表面形狀限制，從而也節(jié)省了施工費(fèi)用。特別在異型設(shè)備上具有其它保溫涂料無法比擬的優(yōu)勢(shì)。異型設(shè)備保溫一直是保溫界的一大難題。因異型設(shè)備外觀特殊，形狀復(fù)雜，表面變化大，而硬制保溫材料一般為板、瓦等型材，很不好安裝。但微硅粉復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱涂料是膏狀，可塑性強(qiáng)，可涂抹成任何形狀，不浪費(fèi)材料，不用造殼而且密封好。

4、可用于熱態(tài)修補(bǔ)，復(fù)合硅酸鹽保溫涂料可十分方便的用于熱態(tài)修補(bǔ)而不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

圖1. 洛陽裕民微硅粉有限公司生產(chǎn)的微硅粉SEM照片

圖1為洛陽裕民微硅粉有限公司生產(chǎn)的微硅粉SEM照片。由圖可見該微硅粉為規(guī)則的納米級(jí)二氧化硅球體。由于納米球體具有較高的比表面積，當(dāng)納米二氧化硅球體發(fā)生團(tuán)聚時(shí)，球體間存在大量的微氣孔，使微硅粉中發(fā)生的導(dǎo)熱是由固相和氣相完成的。這種微觀氣孔內(nèi)的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)的氣相傳熱具有低導(dǎo)熱系數(shù)的特點(diǎn)，因此這種微觀結(jié)構(gòu)可以有效的阻隔熱量的傳導(dǎo)，可以獲得良好的隔熱效果，由此可見微硅粉是一種理想的隔熱保溫材料。

微硅粉作為填料用于制備軋鋼加熱爐爐襯隔熱噴涂料，該涂料采用氧化鋁空心球作為骨料，微硅粉等為復(fù)合結(jié)合劑。研制的爐襯隔熱噴涂料施工性能良好，噴涂附著率高，在爐襯表面能夠形成厚度均勻，覆蓋完整的隔熱噴涂層，能夠滿足噴涂施工技術(shù)要求。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中使?fàn)t墻表面溫度降低30℃以上，降低了加熱爐煤氣能耗。

用微硅粉的復(fù)合隔熱保溫涂料，該涂料以微硅粉，空心玻璃微珠作為主要填料添加硅藻土云母粉等，該涂料的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.1W/(m·K)，最低可達(dá)0.05 W/(m·K)。

沈陽理工大學(xué)魏莉教授帶領(lǐng)的課題組，以微硅粉為主要填料，加入真空球形納米顆粒，以陶瓷纖維作為增強(qiáng)材料，制備出了一種可耐600度的耐高溫隔熱保溫涂料，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到0.03-0.04W/m.K，且防水性能良好。這種涂料可廣泛用于高溫?zé)崃鱾鬏敼艿馈⒏G爐等需要保溫的場(chǎng)合，尤其適合于高溫閥門，彎曲管道等。克服了傳統(tǒng)的保溫棉、保溫氈等由于空隙而造成的熱量缺失。這種涂料中由于加入了微硅粉，使得涂料的涂抹性能大大改善，涂料的導(dǎo)熱系數(shù)降低。

由此可見將微硅粉應(yīng)用在隔熱保溫材料方面是可行的。

三、微硅粉保溫隔熱材料在各行業(yè)的應(yīng)用

在我國(guó)，含微硅粉復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱涂料主要用作工業(yè)保溫涂料，如高溫管道保溫，或者鍋爐、窯爐等的外殼保溫，集中在電力、化工等行業(yè)。隨著人民生活水平的提高和我國(guó)對(duì)于建筑物保溫節(jié)能工作的政策性指導(dǎo)，含微硅粉復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱涂料用于建筑內(nèi)外保溫得到了逐步的認(rèn)可和較大面積的使用。

1、在電力行業(yè)的應(yīng)用

保溫在電力行業(yè)尤其是熱力發(fā)電廠如火力發(fā)電廠、核能電站、地?zé)犭娬镜日加兄匾牡匚弧Ｋ哂泄?jié)約能源、降低熱損失、滿足電廠生產(chǎn)工藝要求、確保設(shè)備、生產(chǎn)、人身安全、改善環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益等作用，是電廠建設(shè)的重要組成部分。含微硅粉硅酸鹽復(fù)合隔熱涂料的出現(xiàn)對(duì)一些異型的設(shè)備如閥門、彎頭、汽缸、水箱、容器等的保溫起過很好的作用。硅酸鹽復(fù)合隔熱涂料保溫層無縫隙，因而提高了保溫效果，但也存在密度變化大、體積收縮大、冷態(tài)施工固化時(shí)間長(zhǎng)等問題。針對(duì)上述問題各科研單位和工廠作了大量改進(jìn)研究，并取得了成效。

2、在水泥廠中的應(yīng)用

將微硅粉復(fù)合硅酸鹽保溫涂料涂抹在烘干機(jī)筒體表面，使熱散失減少80％以上，同時(shí)使筒內(nèi)壁不會(huì)產(chǎn)生水分，保持干燥狀況，這樣就不會(huì)形成堵塞和酸性腐蝕筒體，使筒體延長(zhǎng)壽命。另外，還提高烘干產(chǎn)量約15％～20％左右，節(jié)能效果更加明顯，還可用于露天管道等。該種保溫涂料在很多水泥廠應(yīng)用都給予很高的評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為在保溫節(jié)能工作中發(fā)揮了很大作用，為企業(yè)和社會(huì)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3、在建筑行業(yè)的應(yīng)用

在建筑中，微硅粉硅酸鹽保溫隔熱涂料主要用于內(nèi)外墻體保溫。保溫涂料通常呈纖維稠狀膏體，涂敷在墻體表面，干燥后形成有一定強(qiáng)度及彈性的保溫層，其具有導(dǎo)熱系數(shù)低、施工方便、造價(jià)低廉、保溫效果顯著的特點(diǎn)。由于微硅粉硅酸鹽復(fù)合保溫隔熱墻體涂料，具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)、較好的隔熱性及優(yōu)異的保溫性能，并具有很高的粘結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，得到了廣泛的應(yīng)用。

洛陽裕民微硅粉有限公司科技顧問

沈陽理工大學(xué)教授 博士生導(dǎo)師：魏莉

洛陽裕民微硅粉有限公司 總經(jīng)理：張會(huì)濤