La microsilice è un sottoprodotto della produzione di silicio metallico. Questa è una polvere amorfa densificata, ottenuta dal processo metallurgico del silicio in un forno elettrico ad arco. Viene utilizzato come additivo per migliorare le proprietà delle formulazioni di calcestruzzo e malta.
Mercati e applicazioni
Edilizia e costruzioni / Additivi per calcestruzzo e malta, Ceramica da costruzione, Lastre in cartongesso e additivi per gesso
Funzione
Additivi per aumentare la resistenza del calcestruzzo
Additivi per calcestruzzo a tenuta
Additivi per ceramica
Additivi per ridurre l'assorbibilità del calcestruzzo
Materie prime e intermedi
Composizione
Silicio
Segmento
Cloralcali, materie prime e intermedi
Prodotti speciali / Additivi speciali
La microsilice, nota anche come materia di silice (numero CAS 69012-64-2), è una sostanza polverosa a grana fine derivata dalla produzione di ferrosilicio e silicio metallico in forni elettrici ad arco ad alta temperatura. Nell'industria, è usato come additivo minerale. È comunemente usato nel settore edile come uno dei principali additivi per calcestruzzo, malta e prodotti a base di cemento. È grazie all'utilizzo della microsilice che sono state realizzate le più grandi strutture in cemento armato del mondo.
Microsilice e materia di silice sono termini usati in modo intercambiabile nella letteratura e nell'industria. Questi termini sono usati per descrivere il biossido di silicio (SiO 2 ), un polimorfo amorfo che contiene inoltre piccole quantità di altri ossidi, in particolare ossidi di alluminio, calcio o ferro. La microsilice si presenta sotto forma di polvere bianca, grigia o quasi nera. Le particelle di microsilice sono sfere amorfe con un diametro compreso tra 0,1 e 0,2 μm, il che la rende circa 100 volte più piccola della particella di cemento media. Ad alte temperature fino a 2.000 ᵒC, la microsilice mostra una durata eccezionale. Va tenuto presente che la materia di silice è insolubile sia in acqua che in solventi organici. La superficie specifica della microsilice varia da 15 a 30 m2/g. Esistono due tipi di microsilice: compattata o densificata. Queste due forme differiscono per la densità apparente, parametro molto importante che caratterizza la microsilice. La densità apparente è definita come "la massa del materiale poco sparso divisa per il volume totale che occupano, considerando il volume dei vuoti tra le particelle". La densità apparente della silice compattata può variare da 180 a 350 kg/m 3 , mentre la densità apparente della silice densificata può variare da 450 a 650 kg/m 3 .
La materia di silice è un sottoprodotto nella produzione di silicio e leghe di ferrosilicio in un forno elettrico ad arco. Queste leghe sono fatte di quarzo e carbonio di elevata purezza. Viene anche raccolto come sottoprodotto nella produzione di altre leghe di silicio come ferrocromo, ferromanganese, ferromagnesio e silicio di calcio. Le materie prime solitamente utilizzate nella fusione sono quarzo metallurgico, coke, trucioli di legno e carbone. Vengono consegnati direttamente nel forno con tubi di riempimento che ruotano. Il processo per ottenere il silicio puro avviene lì a una temperatura di oltre 2.000 ᵒC. La chiave per ottenere la polvere di silice è filtrare i gas emessi dai forni, poiché è qui che si trova. Inoltre, il gruppo PCC offre materia di silice (CAS 69012-64-2). Le vendite di questo importante componente nel settore edile sono in costante crescita. Il produttore di microsilice per il gruppo PCC, PCC BakkiSilicon hf., si trova in Islanda. È uno degli impianti di produzione più rispettosi dell'ambiente e del clima. L'uso di fonti energetiche naturali come le risorse geotermiche riduce le emissioni di gas serra di circa due terzi rispetto ad altri impianti in tutto il mondo. La microsilice prodotta dal Gruppo PCC ha un'impronta di carbonio molto bassa rispetto ai prodotti generalmente disponibili sul mercato. Questo effetto è possibile ottenere grazie all'utilizzo della più moderna linea di produzione di ferrosilicio al mondo. 
Figura 1. Un confronto dell'impronta di carbonio della microsilice prodotta da PCC BakkiSilikon hf. con altri prodotti analoghi disponibili sul mercato.
Negli ultimi anni, l'aggiunta di materia di silice ai prodotti in calcestruzzo ha guadagnato popolarità. Il meccanismo d'azione fisico di base della microsilice sta sigillando la microstruttura del calcestruzzo. La materia silicea con una struttura altamente frammentata riempie gli spazi tra i grani di cemento, come nel caso dell'aggregato grosso sigillante con sabbia. La silice negli spazi inizia a reagire in una reazione pozzolanica (inizia a formarsi la fase CSH). Si scopre che se sostituiamo il 15 %di cemento con microsilice, l'ermeticità del calcestruzzo aumenterà diverse dozzine di volte. Un tale effetto è estremamente difficile da ottenere con l'uso di altri metodi. Per questo motivo la microsilice è un componente essenziale della miscela nella progettazione di calcestruzzi ad alte prestazioni. La caratteristica della microsilice, che è la piccola granulometria, favorisce un imballaggio più denso dei componenti in calcestruzzo. Come componente del calcestruzzo, la materia silicea viene spesso utilizzata nella sua forma originale (cioè, poiché viene raccolta dai filtri durante la produzione di leghe di ferrosilicio). Stanno prendendo sempre più piede anche la forma compattata (ottenuta sottoponendo la microsilice ad opportuni trattamenti) così come la silice di consistenza pastosa. A causa dell'ampia superficie specifica che caratterizza la materia silicea, l'uso di questo tipo di additivi minerali fa sì che l'acqua destinata alla produzione del calcestruzzo venga adsorbita sui granuli di microsilice, il che contribuisce alla stabilità dell'impasto di calcestruzzo risultante. Di conseguenza, si ha una riduzione della fluidità della miscela. Per mantenere la corretta consistenza del calcestruzzo contenente microsilice è necessario utilizzare anche superfluidificanti. È importante mantenere il corretto rapporto tra acqua, cemento e microsilice. Il prezzo del calcestruzzo ottenuto aumenta a seconda della quantità di silice aggiunta, ma una quantità eccessiva di essa ha un effetto negativo sul prodotto finale. In questa situazione, la scelta delle giuste proporzioni è fondamentale. Il contenuto più vantaggioso di microsilice, sia in termini di proprietà del prodotto finito che in termini di costi, è dell'ordine del 5-10%. La microsilice prodotta da PCC BakkiSilicon soddisfa tutti i requisiti ad essa imposti secondo lo standard PN-EN-13263-1 applicabile. Il contenuto di SiO 2 varia dall'80%al 95%, Al 2 O 3 allo 0,3%, C all'1,8%, CaO allo 0,7%, Fe 2 O 3 allo 0,1%, K 2 O allo 0,4%, MgO allo 0,2%e Na 2 O al contenuto massimo dello 0,1%.
Miglioramento delle proprietà meccaniche La materia di silice ha la capacità di riempire gli spazi tra i restanti componenti del calcestruzzo, creando una fase cristallina nel calcestruzzo indurito (attraverso una reazione pozzolanica). Di conseguenza, il calcestruzzo con l'aggiunta di microsilice è più ermetico. È correlato alla rottura dei capillari nel calcestruzzo e, allo stesso tempo, al disturbo della sua porosità capillare. Questo processo migliora significativamente i parametri meccanici del calcestruzzo (es. resistenza alla compressione). Aumento dell'adesione della malta ai grani dell'aggregato L'aggiunta di microsilice aumenta l'adesione e riduce la porosità della zona di contatto aggregato-malta. Come risultato delle interazioni fisiche e chimiche, la microstruttura della malta viene modificata favorevolmente. Allo stesso tempo, la porosità nell'area dei pori capillari è significativamente ridotta. La modifica della struttura dei pori è considerata il principale fattore che influenza caratteristiche come l'ermeticità e la durata. Resistenza agli agenti chimici aggressivi L'aumento dell'ermeticità del calcestruzzo porta direttamente a una migliore resistenza alla corrosione chimica. È molto più difficile che le sostanze ambientali aggressive penetrino nella struttura in calcestruzzo. La materia di silice riduce il rischio associato, ad esempio, agli effetti distruttivi delle acque ricche di solfati e la ragione della loro durata può essere data da un contenuto relativamente basso di idrossido di calcio in combinazione con la sua struttura ermetica e compatta. Protezione del rinforzo La ridotta permeabilità della microsilice fornisce protezione contro la penetrazione degli ioni cloruro allungando il tempo in cui gli ioni cloruro raggiungono la barra d'acciaio e provocano corrosione. Inoltre, il calcestruzzo microsilicato ha una resistenza elettrica molto più elevata e, quindi, rallenta la velocità di corrosione. Questo effetto combinato aumenta la durata della struttura da cinque a dieci volte. Resistenza all'abrasione La resistenza all'abrasione del calcestruzzo con l'aggiunta di microsilice è molto elevata. Il suo utilizzo nella costruzione di terreni e strade consente di risparmiare tempo e denaro. Viene inoltre migliorata la resistenza del calcestruzzo all'abrasione idraulica, che lo rende perfetto per la costruzione di dighe.
La microsilice non viene utilizzata solo come additivo per i calcestruzzi, principalmente calcestruzzi ad alte prestazioni e materiali compositi speciali da costruzione, ma viene anche utilizzata in un'ampia gamma di prodotti e applicazioni. Tra i suoi usi ci sono:
Da segnalare anche la microsilice bianca, la materia prima. Nella sua composizione, oltre a circa il 95 %di biossido di silicio e altri ossidi, contiene anche ossido di zirconio con un contenuto fino al 3%. Questo prodotto è caratterizzato da una grana fine che lo rende altamente reattivo. Viene utilizzato principalmente come additivo ai materiali refrattari, migliorandone le proprietà reologiche e prolungandone la durata.
Indubbiamente, la materia di silice gioca un ruolo significativo nella produzione del calcestruzzo. Il settore edile è, quindi, il principale settore in cui viene utilizzato, e regola anche aspetti come domanda e prezzo. Portal MarketsandMarkets™ afferma che nel 2015-2020 si è verificato un aumento del valore di mercato della microsilice a 563,09 milioni di dollari all'anno. Negli ultimi anni, il mercato globale ha mostrato un netto aumento. La vendita di questa materia prima è in crescita perché garantisce un'elevata resistenza alla corrosione, un'elevata resistenza e la durata dei prodotti. La materia di silice è molto richiesta in Medio Oriente e Africa e nella regione Asia-Pacifico poiché viene utilizzata nella costruzione di linee metropolitane, tunnel e grattacieli. Vi è una maggiore domanda per i prodotti fabbricati da distributori e produttori di microsilice. Paesi come gli Emirati Arabi Uniti e l'Arabia Saudita sono leader di mercato in Medio Oriente e Africa, con gli Emirati Arabi Uniti che già detengono la quota maggiore di consumo di microsilice. In Europa, le vendite di microsilice sono relativamente basse. La crescita stimata del mercato e dei prezzi della materia di silice è maggiore nella regione Asia-Pacifico e, quindi, in Medio Oriente.
