Mikrosilika je vedlejší produkt výroby křemíkového kovu. Jedná se o zhuštěný amorfní prášek, získaný metalurgickým procesem křemíku v elektrické obloukové peci. Používá se jako přísada ke zlepšení vlastností betonových a maltových receptur.
Trhy a aplikace
Stavba budovy / Přísady do betonu a malty, Sádrokartonové desky a přísady do sádry, Stavební keramika
Funkce
Přísady do keramiky
Přísady do těsných betonů
Přísady pro snížení nasákavosti betonu
Přísady pro zvýšení pevnosti betonu
Suroviny a meziprodukty
Složení
Křemík
Segment
Chloralkálie, suroviny a meziprodukty
Speciální produkty / Speciální přísady
Mikrosilika, také známá jako křemičitá hmota (číslo CAS 69012-64-2), je jemnozrnná prašná látka získaná z výroby ferosilicia a kovového křemíku ve vysokoteplotních elektrických obloukových pecích. V průmyslu se používá jako minerální přísada. Běžně se používá ve stavebnictví jako jedna z hlavních přísad do betonu, malty a výrobků na bázi cementu. Právě díky použití mikrosiliky vznikly největší betonové stavby na světě.
Mikrosilika a hmota oxidu křemičitého jsou termíny používané v literatuře a průmyslu zaměnitelně. Tyto termíny se používají k popisu oxidu křemičitého ( Si02 ), amorfního polymorfu, který navíc obsahuje malá množství jiných oxidů - zejména oxidy hliníku, vápníku nebo železa. Mikrosilika přichází ve formě bílého, šedého nebo téměř černého prášku. Mikrosilika částice jsou amorfní kuličky o průměru mezi 0,1 až 0,2 μm, což je činí přibližně 100krát menší než průměrná cementová částice. Při vysokých teplotách až 2 000 ᵒC vykazuje mikrosilika výjimečnou odolnost. Je třeba mít na paměti, že hmota oxidu křemičitého je nerozpustná jak ve vodě, tak v organických rozpouštědlech. Specifický povrch mikrosiliky se pohybuje od 15 do 30 m2/g. Existují dva typy mikrosiliky: zhutněné nebo zhuštěné. Tyto dvě formy se liší objemovou hmotností, což je velmi důležitý parametr, který mikrosilika charakterizuje. Sypná hustota je definována jako „hmotnost volně posypaného materiálu dělená celkovým objemem, který zabírají, s ohledem na objem dutin mezi částicemi“. Objemová hmotnost zhutněné hmoty oxidu křemičitého se může pohybovat od 180 do 350 kg/ m3 , zatímco objemová hustota zhutněné hmoty oxidu křemičitého se může pohybovat od 450 do 650 kg/ m3 .
Křemičitá hmota je vedlejším produktem při výrobě křemíku a ferosilikonových slitin v elektrické obloukové peci. Tyto slitiny jsou vyrobeny z vysoce čistého křemene a uhlíku. Sbírá se také jako vedlejší produkt při výrobě jiných slitin křemíku, jako je ferochrom, feromangan, feromagnesium a křemík vápníku. Suroviny obvykle používané při tavení jsou hutnický křemen, koks, dřevní štěpka a uhlí. Dodávají se přímo do pece s plnicími trubkami, které se otáčejí. Proces získávání čistého křemíku tam probíhá při teplotě přes 2000ᵒC. Klíčem k získání křemičitého prachu je filtrace plynů emitovaných z pecí, protože se zde nachází. Skupina PCC také nabízí oxid křemičitý (CAS 69012-64-2). Prodej tohoto důležitého komponentu ve stavebnictví neustále roste. Výrobce mikrosiliky pro PCC Group, PCC BakkiSilicon hf., se nachází na Islandu. Je to jeden z výrobních závodů, které jsou nejvíce šetrné k životnímu prostředí a klimatu. Využívání přírodních zdrojů energie, jako jsou geotermální zdroje, snižuje emise skleníkových plynů asi o dvě třetiny ve srovnání s jinými rostlinami po celém světě. Mikrosilika vyráběná skupinou PCC má velmi nízkou uhlíkovou stopu ve srovnání s produkty běžně dostupnými na trhu. Tohoto efektu je možné dosáhnout díky použití nejmodernější výrobní linky na výrobu ferosilicia na světě. 
Obrázek 1. Porovnání uhlíkové stopy mikrosiliky vyrobené společností PCC BakkiSilikon hf. s jinými analogickými produkty dostupnými na trhu.
V posledních letech získává na popularitě přidávání křemičitých látek do betonových výrobků. Základním fyzikálním mechanismem působení mikrosiliky je utěsnění mikrostruktury betonu. Křemičitá hmota s vysoce členitou strukturou vyplňuje prostory mezi zrny cementu, stejně jako je tomu u pískového těsnění hrubého kameniva. Oxid křemičitý v prostorech začíná reagovat pucolánovou reakcí (začíná se tvořit fáze CSH). Ukazuje se, že pokud nahradíme 15 %cementu mikrosilikou, vzduchotěsnost betonu se několikanásobně zvýší. Takový účinek je extrémně obtížné dosáhnout použitím jiných metod. Z tohoto důvodu je mikrosilika nezbytnou součástí směsi při navrhování vysokohodnotných betonů. Charakteristickým rysem mikrosiliky, kterou je malá zrnitost, je hustší uložení betonových prvků. Jako složka betonu se křemičitá hmota často používá ve své původní formě (tj. jak je zachycována filtry při výrobě slitin ferosilicia). Stále populárnější je také zhutněná forma (vytvořená podrobením mikrosiliky vhodným úpravám) a také silika pastovité konzistence. Vzhledem k velkému specifickému povrchu, charakterizujícímu křemičitou hmotu, způsobuje použití tohoto typu minerálních přísad, že voda určená pro výrobu betonu je adsorbována na mikrosilika zrna - což přispívá ke stabilitě výsledné betonové směsi. V důsledku toho dochází ke snížení tekutosti směsi. Pro zachování správné konzistence betonu s obsahem mikrosiliky je nutné používat také superplastifikátory. Důležité je dodržet správný poměr vody, cementu a mikrosiliky. Cena získaného betonu se zvyšuje v závislosti na množství přidané křemičité hmoty, ale její příliš mnoho má negativní vliv na konečný produkt. V této situaci je rozhodující výběr správných proporcí. Nejvýhodnější obsah mikrosiliky, jak z hlediska vlastností hotového výrobku, tak i z hlediska nákladů, se pohybuje v rozmezí 5-10 %. Microsilica vyráběná PCC BakkiSilicon splňuje všechny požadavky na ni kladené v souladu s platnou normou PN-EN-13263-1. Obsah Si02 se pohybuje od 80 %do 95 %, Al203 do 0,3 %, C do 1,8 %, CaO do 0,7 %, Fe203 do 0,1 %, K20 do 0,4 %, MgO do 0,2 %a Na 2 O do maximálního obsahu 0,1 %.
Zlepšení mechanických vlastností Křemičitá hmota má schopnost vyplnit prostory mezi zbývajícími betonovými složkami a vytvořit ve ztvrdlém betonu krystalickou fázi (prostřednictvím pucolánové reakce). Díky tomu je beton s přídavkem mikrosiliky vzduchotěsnější. Souvisí s praskáním kapilár v betonu a zároveň s narušením jeho kapilární pórovitosti. Tento proces výrazně zlepšuje mechanické parametry betonu (např. pevnost v tlaku). Zvýšení přilnavosti spárovací hmoty ke zrnům kameniva Přídavek mikrosiliky zvyšuje přilnavost a snižuje poréznost kontaktní zóny kamenivo-injektáž. V důsledku fyzikálních a chemických interakcí je příznivě modifikována mikrostruktura spárovací hmoty. Zároveň je výrazně snížena pórovitost v oblasti kapilárních pórů. Změna struktury pórů je považována za hlavní faktor ovlivňující vlastnosti, jako je vzduchotěsnost a životnost. Odolnost vůči agresivním chemikáliím Zvýšení vzduchotěsnosti betonu přímo vede ke zlepšení odolnosti proti chemické korozi. Pro agresivní látky z prostředí je mnohem obtížnější proniknout do betonové konstrukce. Křemičitá hmota snižuje riziko spojené např. s destruktivními účinky vod bohatých na sírany a důvodem jejich trvanlivosti může být relativně nižší obsah hydroxidu vápenatého v kombinaci s jeho zabalenou vzduchotěsnou strukturou. Ochrana výztuže Snížená propustnost mikrosiliky poskytuje ochranu proti pronikání chloridových iontů prodloužením doby, kdy chloridové ionty dosáhnou ocelové tyče a způsobí korozi. Mikrosilikátový beton má navíc mnohem vyšší elektrický odpor a tím zpomaluje rychlost koroze. Tento kombinovaný efekt zvyšuje životnost konstrukce pětkrát až desetkrát. Otěruvzdornost Otěruvzdornost betonu s přídavkem mikrosiliky je velmi vysoká. Jeho použití při stavbě pozemků a komunikací šetří čas i peníze. Zlepšuje se také odolnost betonu vůči hydraulickému otěru, díky čemuž je ideální pro stavbu přehrad.
Microsilica se používá nejen jako přísada do betonů - především vysoce výkonných betonů a speciálních kompozitních stavebních materiálů - ale používá se také v široké řadě produktů a aplikací. Mezi jeho použití patří:
Za zmínku také stojí bílá mikrosilika, surovina. Ve svém složení obsahuje kromě cca 95 %oxidu křemičitého a dalších oxidů také oxid zirkoničitý s obsahem do 3 %. Tento produkt se vyznačuje jemným zrnem, díky kterému je vysoce reaktivní. Používá se především jako přísada do žáruvzdorných materiálů, zlepšuje jejich reologické vlastnosti a prodlužuje jejich životnost.
Významnou roli při výrobě betonu hraje nepochybně křemičitá hmota. Stavebnictví je tedy hlavním odvětvím, ve kterém se používá, a reguluje také aspekty, jako je poptávka a cena. Portal MarketsandMarkets™ uvádí, že v letech 2015-2020 došlo ke zvýšení tržní hodnoty mikrosiliky na 563,09 milionů USD ročně. V posledních letech světový trh vykazuje jasný nárůst. Prodej této suroviny roste, protože zajišťuje vysokou odolnost proti korozi, vysokou pevnost a životnost výrobků. Křemičitá hmota je velmi žádaná na Středním východě, v Africe a v asijsko-pacifické oblasti, protože se používá při stavbě linek metra, tunelů a mrakodrapů. Roste poptávka po produktech vyráběných distributory a výrobci mikrosiliky. Země jako Spojené arabské emiráty a Saúdská Arábie jsou lídry na trhu na Blízkém východě a v Africe, přičemž největší podíl na spotřebě mikrosiliky již mají Spojené arabské emiráty. V Evropě je prodej mikrosiliky relativně nízký. Odhadovaný růst trhu a cen oxidu křemičitého je největší v asijsko-pacifickém regionu a poté na Středním východě.
