硅的用途很廣，尤其是化學(xué)級(jí)硅，近幾年隨著我國(guó)有機(jī)硅單體甲基氯硅烷的發(fā)展，用量大幅度增長(zhǎng)。目前，有機(jī)硅新材料發(fā)展很快，市場(chǎng)前景十分廣闊，國(guó)內(nèi)外有機(jī)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(guó)是金屬硅的生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó)，世界主要有機(jī)硅單體生產(chǎn)商不但從我國(guó)購(gòu)買金屬硅，還紛紛在我國(guó)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(guó)羅地亞公司與中國(guó)藍(lán)星集團(tuán)公司擬在江西和天津分別建設(shè)甲基氯硅烷產(chǎn)能為100 kt/a和200 kt/a的有機(jī)硅生產(chǎn)基地_I]。美國(guó)道康寧公司也擬同德國(guó)瓦克公司在中國(guó)建設(shè)大型的有機(jī)硅綜合廠。國(guó)內(nèi)有機(jī)硅單體廠（如江西星火有機(jī)硅工廠、新安化工集團(tuán)、中石油吉林石化公司電石廠等）都在擴(kuò)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(shí)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(duì)硅粉的質(zhì)量十分重視，除對(duì)硅塊進(jìn)行定點(diǎn)采購(gòu)?fù)猓�紛紛建立硅粉生產(chǎn)基地，如浙江新安化工集團(tuán)所屬的開(kāi)化元通硅業(yè)有限公司正在興建全國(guó)最大的硅粉生產(chǎn)廠(50 kt/a)。本文就硅粉生嚴(yán)技術(shù)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，以供有關(guān)廠家和設(shè)計(jì)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(yīng)用較多的是雷蒙法、對(duì)輥法、盤磨法和沖旋法，所用設(shè)備相應(yīng)是雷蒙磨、對(duì)輥機(jī)、盤磨機(jī)（亦稱立式磨）和沖旋機(jī)。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(jié)構(gòu)看，相異很大，各有特色，各有優(yōu)缺點(diǎn)。為便于比較，將有關(guān)參數(shù)匯總于表1中。
2、制粉工藝對(duì)硅粉反應(yīng)活性的影響
硅粉的反應(yīng)活性是硅粉參與化學(xué)反應(yīng)，形成產(chǎn)品的能力�；钚院玫谋憩F(xiàn)有兩方面：一是反應(yīng)迅速、穩(wěn)定，且易于控制；二是反應(yīng)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(xué)成分、環(huán)境條件及硅粉加工方法都達(dá)到最佳水平。前三項(xiàng)在有關(guān)文獻(xiàn)中已有詳細(xì)論述。唯有硅粉的加工方法還未引起足夠的重視。事實(shí)上，制粉工藝對(duì)硅粉活性的影響也很大。判定硅粉活性的標(biāo)準(zhǔn)主要有：硅粉的微觀結(jié)構(gòu)、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(duì)硅粉微觀結(jié)構(gòu)的影響
化學(xué)成分符合要求的金屬硅在煉制過(guò)程中已獲得最佳微觀結(jié)構(gòu)，從而保證其擁有參與合成反應(yīng)的最佳活性。制粉時(shí)一定要盡量降低對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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?yàn)樵摲ㄊ抢昧杩沾蛩榈姆绞绞构鑹K自身循著體內(nèi)最薄弱環(huán)節(jié)碎裂，沒(méi)有因擠壓引起的結(jié)構(gòu)變形。
2.2制粉工藝對(duì)硅粉比表面積的影響
硅粉的比表面積是參與化學(xué)反應(yīng)能力的重要指標(biāo)。硅粉的比表面積越大，同氯甲烷接觸的面積越大，反應(yīng)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(gè)重要指標(biāo)。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(shè)備相應(yīng)是：4R型雷蒙磨(37 kW/170 kW)，0500對(duì)輥機(jī)(22 kW/60 kW)，D1250盤磨機(jī)(110 kW/270 kW)，ZYF430型沖旋式粉碎機(jī)(45 kW/70 kW)（括弧內(nèi)的數(shù)值：分子是粉碎機(jī)主機(jī)的功率，分母是整個(gè)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(gè)確定的制粉機(jī)組，從原料硅塊至排出成品粉料；不包括原料準(zhǔn)備和粉料外送。
4)加工成本計(jì)算包括電耗、人工、折舊、大修4項(xiàng)費(fèi)用，電價(jià)以0.7元／度計(jì)算，折1日率7%，操作定員 (兩班總數(shù))5人。
2.3制粉工藝對(duì)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(guò)硅粉和氯甲烷在流化態(tài)反應(yīng)器中連續(xù)反應(yīng)完成的。硅粉的粒徑及其分布對(duì)反應(yīng)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(yīng)的硅粉粒徑及其分布要求。例如，某國(guó)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(diào)，且得率高、加工成本低。從表1可看出制粉工藝對(duì)硅粉的粒徑及其分布的影響。
當(dāng)然，硅粉活性的高低最終還要靠生產(chǎn)實(shí)踐，即甲級(jí)氯硅烷的質(zhì)量和產(chǎn)量判定。
3、制粉工藝對(duì)硅粉外觀的影響
硅的氧化性較強(qiáng)，尤其處于粉態(tài)時(shí)，在空氣中易爆；因此，為了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)使硅粉保持良好的活性，制粉過(guò)程中需采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。常用的保護(hù)措施有氮?dú)獗Ｗo(hù)和大氣條件下封閉系統(tǒng)。氮?dú)獗Ｗo(hù)是在制粉系統(tǒng)中通入氮?dú)?氧氣的體積分?jǐn)?shù)為7%)，保護(hù)硅粉表面免受過(guò)度氧化；同時(shí)，使硅粉保持松散干燥，以利于輸送。保護(hù)硅粉的氮?dú)庖话闶茄h(huán)使用。如用雷蒙法生產(chǎn)硅粉時(shí)，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)硅粉，生產(chǎn)時(shí)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(hù)氣體的條件下，使空氣與硅塊同時(shí)進(jìn)入制粉系統(tǒng)，保持負(fù)壓運(yùn)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(jī)制取硅粉時(shí)，便是采用此法保護(hù)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(shí)，保護(hù)氣體氮?dú)馐茄h(huán)使用的，使制粉系統(tǒng)的溫度逐漸升高，達(dá)到60～70℃；而氮?dú)庵杏趾猩倭垦鯕猓怨璺郾砻姹谎趸拾岛谏�。如果氮�(dú)獠谎h(huán)，則損耗太大，成本升高。采用沖旋法時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)用在生產(chǎn)中，效果均不錯(cuò)。但兩者的加工成本相差較大。
4、制粉刀具
直接對(duì)硅塊進(jìn)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(jià)格低廉，更換方便，對(duì)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(zhǎng)；但價(jià)格昂貴，更換費(fèi)力費(fèi)時(shí)，對(duì)制粉成本的影響較大。硅塊因?yàn)檩^硬，粉碎抗力較大；所以，刀具磨損較大，壽命都在100 h之內(nèi)。目前，沖旋機(jī)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(zhǎng)刀具的使用壽命，正在試用硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等材料。隨著材質(zhì)的改進(jìn)和制粉參數(shù)的調(diào)節(jié)，刀具壽命將會(huì)有較大幅度的提高。盤磨機(jī)的刀具則是磨盤和磨輪，質(zhì)量較大（多在1 t左右），又帶傳動(dòng)軸承部件，造價(jià)高，檢修費(fèi)用和技術(shù)要求也高；同時(shí)，改進(jìn)的難度和費(fèi)用也較高。盤磨機(jī)的生產(chǎn)能力與沖旋機(jī)很相近。
5 結(jié)語(yǔ)
雷蒙法、對(duì)輥法、盤磨法和沖旋法的制粉工藝各有特點(diǎn)，選擇的依據(jù)是：硅粉的活性、粒徑、單機(jī)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(jī)。
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