柳钢矿渣与粉煤灰制胶凝材料水化机理研究成果

试验所用矿渣由柳州钢铁有限公司提供，密度为2.92g/cm3，用符号NK表示，矿渣化学成分见表3.1.1。

表3.1.1　矿渣（NK）的化学成分%

从化学成分上来看，高炉矿渣属于硅酸盐质材料。实验所用矿渣是柳州钢铁公司提供的粒化高炉矿渣，它是炼铁高炉渣从排渣口排出，经水急冷处理时形成的粒状玻璃体。粒化高炉矿渣含有较高的化学潜能，同时活性较大。

用化学成分分析来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法，其中矿渣酸碱性的分析是通过碱性系数（Mo）来进行判断，矿渣活性的分析则通过矿渣活性率（Mc）或矿渣质量系数（K）表示。

（1）碱性系数是矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之比值，反映了矿渣的酸碱性。由表3.1.1可知，矿渣中主要成分为SiO2、Al2O3、Mg O、CaO等，则碱性系数计算公式式中Mo为碱性率，CaO、Mg O、SiO2和Al2O3分别为相应氧化物的质量百分数。《用于水泥中的粒化高炉矿渣》（GB/T 203—2008）规定若Mo数值如果大于1，则为碱性矿渣；Mo等于1，则为中性矿渣；Mo小于1，则为酸性矿渣。经计算，本试验所采用矿渣的碱度Mo=（35.50+9.52）/（31.35+16.69）=0.937，为偏酸性矿渣。

（2）矿渣活性的高低用矿渣活性率（Mc）或矿渣质量系数（K）表示。其中，对于矿渣活性率，《用于水泥中的粒化高炉矿渣》（GB/T 203—2008）规定当Mc大于0.25为高活性矿渣，而Mc小于0.25为低活性矿渣；而质量系数K反映了矿渣中活性组分与低活性、非活性组分之间的比例关系，质量系数K值越大，矿渣活性越高。

其具体计算过程见式（3.1.1）、式（3.1.2）。

若以此为标准，由式（3.1.1）计算结果可知，本试验所用矿渣活性率Mc=0.533，为高活性矿渣。

同时，《用于水泥中的粒化高炉矿渣》（GB/T 203—2008）对粒化高炉矿渣的质量要求规定，其质量系数不小于1.2为合格品，质量系数不小于1.6为优等品，由式（3.1.2）计算结果可知，试验中矿渣质量系数K=1.91，符合要求。

矿渣原样的SEM貌如图3.1.1所示。(https://www.xing528.com)

图3.1.1　矿渣原样的SEM图

在矿渣冷却过程中，大量冷却水蒸发及黏度增大是矿渣样品结构形成的两个关键因素，排渣温度越高，水蒸气量越大、矿渣黏度越小，越易于形成多孔结构。多孔结构的形成使得矿渣与水接触面积增大，水蒸气形成过程中吸收汽化潜热使得渣水换热量增加，从而导致矿渣样品冷却速率增大。换句话说，排渣温度越高，冷却速度越大。矿渣样品不同的结构特征会使样品具有不同的密度和光的反射特性，由此也造成样品具有不同的密度和颜色。从图3.1.1可以看出，在矿渣原样表面有大量汽孔出现，这表明矿渣表面在水蒸气作用下曾经形成大量气泡，说明柳钢矿渣的排渣温度较高。

试验前首先将矿渣在105℃干燥箱中烘干至含水率小于1%，然后称取样品5kg，用试验磨粉磨矿渣至比表面积为525m2/kg，粉磨后的粉末为试验样品，进行XRD分析和SEM分析，确定矿渣主要物相及微观形貌。

XRD分析在北京科技大学材料学院XRD分析室进行，结果如图3.1.2所示。由矿渣的XRD图谱可知，研究所用的矿渣没有明显的结晶峰，基本上呈现玻璃态。谱图整体上呈一宽缓的峰包，峰包上少量的低结晶度结晶相，主要为黄长石晶体[Ca2Al（AlSi）O7]（d=2.85Å）。

图3.1.2　矿渣的XRD图谱

矿渣粉的SEM如图3.1.3所示，从图3.1.3可以看出，粉磨后的矿渣粒度较小，矿渣粉的微观形态为大小不等的多面体块状物。

图3.1.3　矿渣粉的SEM图

对应图3.1.3中的A点，在能谱图3.1.4中可以看出矿渣中的Ca、Si、Al的含量较高，与矿渣的化学成分相吻合。