硅的用途很廣，尤其是化學級硅，近幾年隨著我國有機硅單體甲基氯硅烷的發(fā)展，用量大幅度增長。目前，有機硅新材料發(fā)展很快，市場前景十分廣闊，國內外有機硅行業(yè)一片興旺景象。在甲基氯硅烷的生產(chǎn)中，硅粉是主要原料，由硅塊經(jīng)磨粉加工而成。我國是金屬硅的生產(chǎn)大國和出口大國，世界主要有機硅單體生產(chǎn)商不但從我國購買金屬硅，還紛紛在我國投資建廠，生產(chǎn)金屬硅和甲基氯硅烷及其下游產(chǎn)品。如法國羅地亞公司與中國藍星集團公司擬在江西和天津分別建設甲基氯硅烷產(chǎn)能為100 kt/a和200 kt/a的有機硅生產(chǎn)基地_I]。美國道康寧公司也擬同德國瓦克公司在中國建設大型的有機硅綜合廠。國內有機硅單體廠（如江西星火有機硅工廠、新安化工集團、中石油吉林石化公司電石廠等）都在擴大甲基氯硅烷的生產(chǎn)規(guī)模。合成甲基氯硅烷最基本的原料是金屬硅。使用時金屬硅經(jīng)常呈散體狀，即顆粒狀，如硅砂、硅粉等。為了提高甲基氯硅烷的收率和降低能耗，各甲基氯硅烷生產(chǎn)廠對硅粉的質量十分重視，除對硅塊進行定點采購外，還紛紛建立硅粉生產(chǎn)基地，如浙江新安化工集團所屬的開化元通硅業(yè)有限公司正在興建全國最大的硅粉生產(chǎn)廠(50 kt/a)。本文就硅粉生嚴技術進行了分析和評價，以供有關廠家和設計單位參考。
1、硅粉的生產(chǎn)1藝
以硅塊為原料制取硅粉的方法很多。其中效果較好、應用較多的是雷蒙法、對輥法、盤磨法和沖旋法，所用設備相應是雷蒙磨、對輥機、盤磨機（亦稱立式磨）和沖旋機。就制粉原理看，前三種是擠壓粉碎，后一種是沖擊粉碎；就其結構看，相異很大，各有特色，各有優(yōu)缺點。為便于比較，將有關參數(shù)匯總于表1中。
2、制粉工藝對硅粉反應活性的影響
    硅粉的反應活性是硅粉參與化學反應，形成產(chǎn)品的能力�；钚院玫谋憩F(xiàn)有兩方面：一是反應迅速、穩(wěn)定，且易于控制；二是反應完全，單耗低，即合成It甲基氯硅烷的硅粉耗量低。為了獲得高活性的硅粉，必須使硅塊的制取方法、硅塊的化學成分、環(huán)境條件及硅粉加工方法都達到最佳水平。前三項在有關文獻中已有詳細論述。唯有硅粉的加工方法還未引起足夠的重視。事實上，制粉工藝對硅粉活性的影響也很大。判定硅粉活性的標準主要有：硅粉的微觀結構、比表面積、粒徑分布和生產(chǎn)使用效果，現(xiàn)分述如下。
2.1  制粉工藝對硅粉微觀結構的影響
    化學成分符合要求的金屬硅在煉制過程中已獲得最佳微觀結構，從而保證其擁有參與合成反應的最佳活性。制粉時一定要盡量降低對其微觀結構的劣化作用，減少晶粒及晶粒群間的變形，使絕大部分硅粉保持原有的微觀結構，以保持或提高其活性。表1中列舉的4種方法中，以沖旋法最佳。因為該法是利用凌空打碎的方式使硅塊自身循著體內最薄弱環(huán)節(jié)碎裂，沒有因擠壓引起的結構變形。
2.2制粉工藝對硅粉比表面積的影響
硅粉的比表面積是參與化學反應能力的重要指標。硅粉的比表面積越大，同氯甲烷接觸的面積越大，反應活性越高，硅的利用率就越高、單耗就越低；因此，比表面積是判定硅粉活性的一個重要指標。從表1可以看出，采用沖旋法制得的硅粉的比表面積最大。
 
注：1）各制粉方法使用的設備相應是：4R型雷蒙磨(37 kW/170 kW)，0500對輥機(22 kW/60 kW)，D1250盤磨機(110 kW/270 kW)，ZYF430型沖旋式粉碎機(45 kW/70 kW)（括弧內的數(shù)值：分子是粉碎機主機的功率，分母是整個制粉工藝裝置的功率）。單位能耗亦以同樣方式示于表1中。
    2)由電子掃描顯微照片觀察。
    3)能耗和加工成本等屬于一個確定的制粉機組，從原料硅塊至排出成品粉料；不包括原料準備和粉料外送。
    4)加工成本計算包括電耗、人工、折舊、大修4項費用，電價以0.7元／度計算，折1日率7%，操作定員 (兩班總數(shù))5人。
2.3制粉工藝對硅粉粒徑及其分布的影響
    目前，工業(yè)上甲基氯硅烷的合成是通過硅粉和氯甲烷在流化態(tài)反應器中連續(xù)反應完成的。硅粉的粒徑及其分布對反應及其完全程度具有重要影響。硅粉的粒徑要適度，且要求有一定的粒徑分布；以獲得最佳效果。各甲基氯硅烷生產(chǎn)廠都根據(jù)自身的工藝要求制定了相應的硅粉粒徑及其分布要求。例如，某國外公司生產(chǎn)甲基氯硅烷使用的硅粉就要求為粒徑0.1～0.4 mm的硅粉占85%以上的。因此，制粉方法必須保證硅粉粒徑組成可調，且得率高、加工成本低。從表1可看出制粉工藝對硅粉的粒徑及其分布的影響。
    當然，硅粉活性的高低最終還要靠生產(chǎn)實踐，即甲級氯硅烷的質量和產(chǎn)量判定。
3、制粉工藝對硅粉外觀的影響
    硅的氧化性較強，尤其處于粉態(tài)時，在空氣中易爆；因此，為了生產(chǎn)的安全性，同時使硅粉保持良好的活性，制粉過程中需采取適當?shù)谋Ｗo措施。常用的保護措施有氮氣保護和大氣條件下封閉系統(tǒng)。氮氣保護是在制粉系統(tǒng)中通入氮氣(氧氣的體積分數(shù)為7%)，保護硅粉表面免受過度氧化；同時，使硅粉保持松散干燥，以利于輸送。保護硅粉的氮氣一般是循環(huán)使用。如用雷蒙法生產(chǎn)硅粉時，采用氮氣保護硅粉，生產(chǎn)時將大部分尾氣接回系統(tǒng)，循環(huán)使用。大氣條件下封閉系統(tǒng)是在不通保護氣體的條件下，使空氣與硅塊同時進入制粉系統(tǒng)，保持負壓運行，經(jīng)粉碎、篩分后獲得硅粉，排放空氣（不循環(huán)使用）。如采用沖旋機制取硅粉時，便是采用此法保護硅粉。
    采用上述二法得到的硅粉外觀明顯不同：采用雷蒙法制得的硅粉呈暗黑色；采用沖旋法制取的硅粉卻是亮晶晶的。究其原因，采用雷蒙法時，保護氣體氮氣是循環(huán)使用的，使制粉系統(tǒng)的溫度逐漸升高，達到60～70℃；而氮氣中又含有少量氧氣，所以硅粉表面被氧化而呈暗黑色。如果氮氣不循環(huán)，則損耗太大，成本升高。采用沖旋法時，系統(tǒng)內溫度一般低于40℃，所以硅粉表面的氧化程度較低。此二法都已應用在生產(chǎn)中，效果均不錯。但兩者的加工成本相差較大。
4、制粉刀具
    直接對硅塊進行粉碎的零部件稱為制粉刀具。常用的刀具有刀片、錘頭、磨輥和磨輪等。刀片、錘頭的硬度均低于60HRC，壽命較短；但價格低廉，更換方便，對制粉成本的影響很小。磨盤、磨輥或磨輪的硬度也在60HRC上下，壽命較長；但價格昂貴，更換費力費時，對制粉成本的影響較大。硅塊因為較硬，粉碎抗力較大；所以，刀具磨損較大，壽命都在100 h之內。目前，沖旋機的制粉刀具是板塊狀的高鉻鑄鋼刀片(140 mm×140 mm×20 mm)，磨損較大。為延長刀具的使用壽命，正在試用硬質合金、金屬陶瓷等材料。隨著材質的改進和制粉參數(shù)的調節(jié)，刀具壽命將會有較大幅度的提高。盤磨機的刀具則是磨盤和磨輪，質量較大（多在1 t左右），又帶傳動軸承部件，造價高，檢修費用和技術要求也高；同時，改進的難度和費用也較高。盤磨機的生產(chǎn)能力與沖旋機很相近。
5  結語
    雷蒙法、對輥法、盤磨法和沖旋法的制粉工藝各有特點，選擇的依據(jù)是：硅粉的活性、粒徑、單機生產(chǎn)能力、加工成本、使用可靠性和環(huán)保狀況。比較而言，筆者推薦使用沖旋機。
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