如何确定矿渣活化方法的尝试

仲崇山 阮炯正 刘雅琦，3

(1:吉林电力管道工程总公司，长春130022;2:吉林建筑工程学院材料科学与工程学院，长春130118;3:吉林建筑工程学院城建学院，长春130111)

0 引言

生产复合硅酸盐水泥或商品混凝土需要大量高活性矿物掺合料，而水淬矿渣是一种高活性的矿物掺合料，它是在炼铁过程中产生的一种工业废渣.因其化学组成与硅酸盐水泥熟料相近，氧化钙含量也较高，特别是经水淬的粒化高炉矿渣因为大部分是玻璃体，而玻璃体与同样组成的晶体相比拥有较高的内能.尤其是细磨矿渣微粉对水泥空隙的良好填充作用，能减少水泥和混凝土的拌合用水量，具有缓凝作用且密度与水泥相仿，故一定范围内用活化矿渣微粉可以等量替代熟料生产水泥，改善混凝土的综合性能［1］，进而达到降低水泥生产成本节能减排的目的.为此，要掌握和评定矿渣的活性，如何采用有效的激发矿渣活性的方法显得十分重要.

1 矿渣化学成分及相分析

1.1 矿渣化学成分分析

为了解和评定矿渣的活性，首先要掌握矿渣的化学组成和相组成，以便决定采取哪些激发矿渣活性的方法将会是有效可行的.为此，本文以铁岭、昆明、山东等不同钢厂的矿渣为例，介绍化学成分对矿渣活性的影响.矿渣的化学成分采用能谱分析方法测得，具体见表1～表3.

表1 铁岭矿渣化学成分 (%)

表2 昆明矿渣化学成分 (%)

表3 山东矿渣化学成分 (%)

依据国家标准，用质量系数K来评定矿渣的质量，K值越大则矿渣的质量越好，活性越高［2］.从以上3种矿渣质量系数K的计算结果看，山东产的矿渣质量系数最高，昆明矿渣质量系数次之，铁岭矿渣质量系数最小.如按矿渣质量系数划分，山东的矿渣活性为最高，昆明矿渣活性其次，铁岭矿渣活性为最差.

1.2 矿渣相分析

因为在相同的化学组成条件下，晶体的能量最低，所以矿渣中的玻璃体含量越高则活性越高，为测定矿渣玻璃体的含量，可采用X-衍射分析方法.同样以铁岭，昆明，山东等不同钢厂的矿渣为例，介绍相组成对矿渣活性的影响，具体见图1～图3.

图1 铁岭矿渣X-衍射曲线

图2 昆明矿渣X-衍射曲线

图3 山东矿渣X-衍射曲线

对比3种矿渣的X-衍射曲线可以看出，铁岭矿渣X-衍射峰较宽峰值不太明显，昆明矿渣的X-衍射峰最明显，山东矿渣的X-衍射峰最不明显.因矿渣的X-衍射峰越不明显则说明玻璃态物质含量越高，活性则越高.所以按X-衍射图可以估计矿渣玻璃相含量顺序，即山东矿渣玻璃相含量最高，铁岭矿渣玻璃相含量次之，昆明矿渣玻璃相含量最少.

从上述3种矿渣的化学组成和相组成综合分析可知，山东矿渣无论是矿物组成还是化学组成，其活性都是最高的.这种矿渣磨细即可，不必采用其它的活化手段;铁岭矿渣的质量系数虽小，但玻璃相含量较高需要进行化学活化来激发矿渣的活性;昆明矿渣的质量系数虽然高于铁岭，但玻璃相含量相对较低，所以应更多地采用物理方法激发矿渣活性.为验证讨论分析结果，分别采取物理或化学的方法来测定矿渣的活性.

2 矿渣激发对比试验

2.1 试验用主要原材料

(1)矿渣.铁岭、昆明、山东3家钢厂的矿渣，分别加入激发剂后细磨，检验其激发效果;

(2)水泥.吉林冀东水泥有限公司普通硅酸盐水泥PO 42.5;

(3)石膏.SO3含量为20.66 %.长春永固水泥厂;

(4)激发剂.激发剂自配，由三乙醇胺、乙二醇、萘系减水剂、碳酸氢铵、水玻璃、氢氧化钠等构成，具有减水、激发、助磨功能［3］.

2.2 试验步骤及实验数据

将3种矿渣分别用与石膏和激发剂或石膏和激发剂复合进行激发对比实验，实验数据如表4.

表4 矿渣活性检测对比试验

经计算得到这3种矿渣活性指数分别为:铁岭0.93，昆明0.72，山东1.02.矿渣活性指数的计算方法为R 1/R 0，其中R 1为标准水泥胶砂试件标养28 d的抗压强度，R 0为掺入30%(标准应掺入50%)的矿渣粉的水泥胶砂试件标养28 d的抗压强度.

为比较不同方式激发矿渣活性的效果，对加入激发剂或复合激发剂的矿渣作对比实验，结果见表5.

表5 矿渣经不同方式化学激发强度的增强效果 (%)

经对比可知，单掺石膏的效果最差，采用复合激发剂是最有效的.特别是玻璃化程度差的昆明矿渣，如不采取化学激发其活性，则满足不了使用要求.而对于矿渣质量系数小的铁岭矿渣，因玻璃体含量较高，故其活性指数不低.在加入复合激发剂后，3种矿渣活性均有不同程度的提高，其中昆明矿渣提升最明显，但因其晶体含量高，基本活性仍较低，应通过进一步提高矿渣的细度来活化矿渣，加入的碱性激发剂和复合激发剂对矿渣的早期强度也有不同程度的提升.

3 结论

经上述对比试验结果分析可知:

(1)由化学成分计算的矿渣质量系数是不能单独评定矿渣活性的，矿渣的活性还与其相组成和细度有关;

(2)矿渣质量系数大及玻璃体含量高的矿渣通常具有好的活性，这类矿渣甚至可以不加激发剂粉磨即可直接制备成活性良好的矿渣微粉;

(3)对于矿渣质量系数不大及玻璃体含量不高的矿渣，则必需加入激发剂才行，尤其是活性指标偏低的矿渣经常要加入激发剂，针对化学组成或相组成的不足，采用不同方法来激发不同类型的矿渣;

(4)复合激发剂对大部分矿渣的活化是有效的，所以在采用激发剂生产矿渣微粉时应加入一定量的石膏，以有利于矿渣活性的提高.

［1］路青波，杨全兵.影响矿渣潜在活性激发的主要因素研究［J］.混凝土与水泥制，2005(6):13-14.

［2］孔祥文，王丹，隋智通.矿渣胶凝材料的活化机理及高效激发剂［J］.中国资源综合利用，2004(6):22-26.

［3］阮炯正，邱佳宇.均匀设计用于矿渣助磨剂的研究［J］.吉林建筑工程学院学报，2012，29(1):53-55.