CE
ISO 9001
Mikrokrzemionka jest produktem ubocznym produkcji metali krzemowych. Jest to zagęszczony amorficzny proszek, otrzymywany w procesie metalurgicznym krzemu w elektrycznym piecu łukowym. Stosuje się go jako dodatek w celu poprawy właściwości preparatów betonowych i zaprawowych.
Branże i aplikacje
Przemysł budowlany / Ceramika budowlana, Dodatki do betonu i zapraw, Płyty gipsowo-kartonowe i dodatki do gipsu
Funkcja
Dodatki do betonów szczelnych
Dodatki do ceramiki
Dodatki zmniejszające nasiąkliwość betonów
Dodatki zwiększające wytrzymałość betonów
Surowce i półprodukty chemiczne
Budowa
Krzem
Segment
Chloroalkalia, surowce i półprodukty
Produkty specjalistyczne / Dodatki specjalistyczne
Mikrokrzemionka nazywana również pyłem krzemionkowym (numer CAS 69012-64-2) to drobnoziarnista, pylista substancja pochodząca z produkcji żelazokrzemu i krzemu metalicznego w wysokotemperaturowych, elektrycznych piecach łukowych. W przemyśle spełnia rolę dodatku mineralnego. Znalazła powszechne zastosowanie w branży budowalnej, gdzie stanowi jeden z głównych dodatków do betonu, zapraw, a także produktów na bazie cementu. To właśnie dzięki zastosowaniu mikrokrzemionki powstały największe konstrukcje betonowe na świecie.
Mikrokrzemionka i pył krzemionkowy to określenia stosowane zamiennie w literaturze i przemyśle. Nazwy te odnoszą się do ditleneku krzemu (SiO2) występującego w postaci amorficznej, który zawiera dodatkowo niewielkie ilości innych tlenków, w szczególności tlenków glinu, wapnia czy żelaza. Mikrokrzemionka występuje w postaci białego, szarego lub niemal czarnego proszku. Pojedyncze cząsteczki to amorficzne sfery, których średnica mieści się w zakresie od 0,1 do 0,2 μm i jest nawet 100 razy mniejsza w porównaniu do średnicy ziaren cementu. W wysokich temperaturach, sięgających nawet 2000ᵒC, mikrokrzemionka wykazuje wyjątkową trwałość. Należy pamiętać, że pył krzemionkowy jest nierozpuszczalny zarówno w wodzie, jak i w rozpuszczalnikach organicznych. Powierzchnia właściwa mikrokrzemionki mieści się w zakresie od 15 do 35 m2/g.
Wyróżnia się dwa rodzaje mikrokrzemionki: zagęszczoną i niezagęszczoną. Te dwie formy różnią się wzajemnie gęstością nasypową, parametrem niezwykle istotnym, charakteryzującym mikrokrzemionkę. Gęstość nasypowa jest wyrażona poprzez stosunek masy luźno nasypanego materiału do zajmowanej przez niego objętości z uwzględnieniem wolnych przestrzeni pomiędzy cząsteczkami. I tak dla formy niezagęszczonej gęstość nasypowa pyłu krzemionkowego wynosi 180 – 350 kg/m3, natomiast dla formy zagęszczonej ten przedział większy i wynosi 450 – 750 kg/m3.
Pył krzemionkowy jest produktem ubocznym powstającym podczas produkcji stopów krzemu i żelazokrzemu w elektrycznym piecu łukowym (zanurzeniowym). Stopy te są wykonane z wysokiej czystości kwarcu i węgla. Mikrokrzemionka jest również wychwytywana jako produkt uboczny w produkcji innych stopów krzemu, takich jak żelazochrom, ferromangan, ferromagnez i krzem wapniowy. Surowcami, które zwykle trafiają do wytopu są kwarc metalurgiczny, koks, zrębki i węgiel. Zachodzi tam proces otrzymywania czystego krzemu w temperaturze ponad 2000ᵒC. Kluczowe dla otrzymania pyłu krzemionkowego jest filtrowanie gazów wydalanych z pieców, ponieważ właśnie tam się on znajduje.
Również Grupa PCC posiada w swojej ofercie pył krzemionkowy (CAS 69012-64-2). Sprzedaż tego ważnego komponentu w branży budowlanej ciągle rośnie. Producent mikrokrzemionki w Grupie PCC, PCC BakkiSilicon hf. zlokalizowany jest na Islandii. To jeden z najbardziej przyjaznych dla środowiska i klimatu zakładów produkcyjnych. Wykorzystanie naturalnych źródeł energii jakimi są zasoby geotermalne zmniejsza emisję gazów cieplarnianych o około dwie trzecie w porównaniu z innymi zakładami na całym świcie, które nie wykorzystują energii odnawialnej. Mikrokrzemionka produkowana w grupie PCC charakteryzuje się bardzo niskim śladem węglowym w porównaniu do produktów ogólnie dostępnych na rynku. Efekt ten jest możliwy do uzyskania dzięki wykorzystaniu najnowszej w skali światowej linii produkcyjnej żelazokrzemu.
W ostatnich latach na popularności zyskuje dodatek pyłu krzemionkowego do produktów betonowych. Podstawowym, fizycznym mechanizmem działania mikrokrzemionki jest uszczelnienie mikrostruktury betonu. Pyły krzemionkowe o wysoko rozdrobnionej strukturze wypełniają przestrzenie pomiędzy ziarnami cementu podobnie jak ma to miejsce w przypadku piasku uszczelniającego kruszywo grube. Krzemionka w przestrzeniach zaczyna reagować w reakcji pucolanowej (zaczyna się tworzyć faza CSH).
Okazuje się, że jeżeli zastąpimy 15% cementu mikrokrzemionką to szczelność betonu wzrośnie kilkudziesięciokrotnie. Taki efekt jest niezwykle trudny do osiągnięcia w przypadku zastosowania innych metod. Z tego względu mikrokrzemionka jest kluczowym składnikiem mieszanki podczas projektowania betonów wysokowartościowych.
Cecha charakterystyczna mikrokrzemionki, mianowicie małe uziarnienie, sprzyja gęstszemu upakowaniu składników betonu. Jako składnik betonu pył krzemionkowy często stosowany jest w formie pierwotnej, czyli takiej jaka jest wychwytywana przez filtry w trakcie produkcji stopów żelazo-krzemowych. Coraz popularniejsza staje się także forma zagęszczona (powstała przez poddanie mikrokrzemionki odpowiednim zabiegom), a także krzemionka o konsystencji pasty. W związku z dużą powierzchnią właściwą charakteryzującą pyły krzemionkowe, stosowanie tego typu dodatków mineralnych powoduje, że woda przeznaczona do wytworzenia betonu zostaje zaadsorbowana na ziarnach mikrokrzemionki, co sprzyja stabilności powstałej mieszanki betonowej. W efekcie następuje zmniejszenie płynności mieszanki. Aby zachować właściwą konsystencje betonu zawierającego mikrokrzemionkę konieczne jest również zastosowanie superplastyfikatorów.
Istotne jest zachowanie właściwych proporcji woda : cement : mikrokrzemionka. Cena otrzymanego betonu wzrasta w zależności od ilości dodanego pyłu krzemionkowego, jednak zbyt duża jego zawartość wpływa negatywnie na końcowy produkt. Dobranie właściwych proporcji jest tu kluczowe. Najkorzystniejsza zawartość mikrokrzemionki, zarówno pod kątem właściwości wyrobu gotowego, jak i kosztów, mieści się w zakresie 5 - 10% m.c.
Mikrokrzemionka produkcji PCC BakkiSilicon spełnia wszystkie wymagania stawiane jej zgodnie z obowiązującą normą PN-EN-13263-1.
Pył krzemionkowy posiada zdolność wypełniania pustych przestrzeni pomiędzy pozostałymi składnikami betonu, tworząc fazę krystaliczną w stwardniałym betonie (poprzez zachodzenie reakcji pucolanowej). Dzięki temu beton z dodatkiem mikrokrzemionki jest bardziej szczelny. Związane jest to z przerwaniem kapilar w betonie, a jednocześnie zaburzeniem jego porowatości kapilarnej. Proces ten wpływa istotnie na poprawę parametrów mechanicznych betonu (np. wytrzymałość na ściskanie).
Dodatek mikrokrzemionki wpływa na zwiększenie przyczepności i zmniejszenie porowatości strefy kontaktowej kruszywo-zaczyn. W wyniku oddziaływań fizycznych oraz chemicznych mikrostruktura zaczynu ulega korzystnej modyfikacji. Jednocześnie znacznie zmniejsza się porowatość w strefie porów kapilarnych. Zmiana struktury porów jest uważana za główny czynnik oddziałujący na cechy takie jak szczelność i trwałość betonu.
Zwiększenie szczelności betonu bezpośrednio przekłada się na polepszenie odporności na korozję chemiczną. Agresywnym substancjom ze środowiska znacznie trudniej jest wniknąć do struktury betonu. Pył krzemionkowy zmniejsza ryzyko związane z np. destruktywnym działaniem wód bogatych w siarczany, a jako przyczynę ich trwałości można podać relatywnie mniejszą zawartość wodorotlenku wapnia w połączeniu z upakowaną, szczelną strukturą.
Zmniejszona przepuszczalność mikrokrzemionki zapewnia ochronę przed wnikaniem jonów chlorkowych wydłużając czas, w którym jony chlorkowe dotrą do pręta stalowego i spowodują korozję. Ponadto beton mikrokrzemianowy ma znacznie wyższą oporność elektryczną, a tym samym spowalnia szybkość korozji. Ten połączony efekt zwiększa żywotność konstrukcji od 5 do 10 razy.
Odporność na ścieranie betonu z dodatkiem mikrokrzemionki jest bardzo wysoka. Zastosowanie go w budownictwie gruntowym i drogowym oszczędza czas i pieniądze. Poprawie ulega również odporność betonu na ścieranie hydrauliczne, dzięki czemu doskonale nadaje się on do budowy zapór wodnych.
Mikrokrzemionkę nie tylko stosuje się jako dodatek do betonów, przede wszystkim betonów wysokowartościowych i specjalnych kompozytowych materiałów budowlanych, ale także wykorzystuje się do szerokiej gamy produktów i aplikacji. Oto kilka z nich:
Warto wspomnieć o surowcu jakim jest mikrokrzemionka biała. W swoim składzie oprócz około 95% dwutlenku krzemu oraz pozostałych tlenków, posiada również tlenek cyrkonu o zawartości do nawet 3%. Produkt ten charakteryzuje się drobną ziarnistością, dzięki czemu jest wysoce reaktywny. Stosowany jest głównie jako dodatek do materiałów ogniotrwałych, poprawiając ich właściwości reologiczne i wydłużając ich żywotność.
Bez wątpienia niebagatelną role w produkcji betonu spełnia pył krzemionkowy. Branża budowlana stanowi zatem główną gałąź przemysłu, w której jest wykorzystywany, a także reguluje aspekty takie jak popyt czy cena. Portal MarketsandMarkets™ podaje, że w latach 2015-2020 nastąpił wzrost wartości rynkowej mikrokrzemionki do poziomu 563,09 mln USD rocznie. W ostatnich latach światowy rynek wykazuje wyraźny przyrost. Sprzedaż tego surowca rośnie, ponieważ zapewnia wysoką odporność na korozję, wysoką wytrzymałość czy trwałość produktów.
Na Bliskim Wschodzie i w Afryce oraz w regionie Azji i Pacyfiku istnieje duże zapotrzebowanie na pył krzemionkowy, ponieważ jest on wykorzystywany do budowy linii metra, tuneli i wieżowców. Dystrybutorzy i producenci mikrokrzemionki znajdują tam wzmożony popyt na swoje towary. Kraje takie jak Zjednoczone Emiraty Arabskie i Arabia Saudyjska to liderzy rynku na Bliskim Wschodzie i w Afryce, przy czym Zjednoczone Emiraty Arabskie już teraz mają największy udział w zużyciu mikrokrzemionki. W Europie sprzedaż mikrokrzemionki jest stosunkowo niska. Szacowany wzrost rynku i ceny pyłu krzemionkowego jest największy w regionie Azji i Pacyfiku, a następnie na Bliskim Wschodzie.
