摘要 采用掃描電鏡對(duì)水淬和熱潑二種球磨轉(zhuǎn)爐鋼渣粉的顆粒形貌進(jìn)行了觀察。以顆粒投影輪廓的長(zhǎng)短徑比來(lái)表征顆粒的粒形。通過(guò)對(duì)大量鋼渣顆粒的長(zhǎng)短徑測(cè)量和分析，獲得了鋼渣粉體顆粒粒形的統(tǒng)計(jì)性結(jié)果。結(jié)果表明：二種鋼渣粉顆粒長(zhǎng)短徑比的平均值分別介于1.406～1.456和1.408～1.501之間，熱潑鋼渣粉顆粒的球形度遜于水淬鋼渣粉，但顯著優(yōu)于高爐礦渣。二者之間的差異主要體現(xiàn)在0～3μm粒級(jí)。
關(guān)鍵詞 鋼渣粉體；顆粒形貌；粉體工程；混凝土摻合料
1．前言
2006年我國(guó)鋼渣的排放量超過(guò)五千萬(wàn)噸，而利用鋼渣制備膠凝材料已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1-2]，并很有可能在今后實(shí)現(xiàn)其高效化回收利用的重要途徑。
從材料學(xué)原理出發(fā)，鋼渣粉體在混凝土中的諸多性能優(yōu)勢(shì)與其活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)緊密相關(guān)[3-4]，而它的顆粒粒形是決定其微集料效應(yīng)的重要因素，因此，開展鋼渣粉體顆粒形貌的研究，有助于我們深化對(duì)鋼渣粉體微集料效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，深化鋼渣系列膠凝材料的研究，為實(shí)現(xiàn)鋼渣的大規(guī)模高效回收利用奠定基礎(chǔ)。
2、原料與粉體制備
2.1采用韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司提供盤潑水冷卻法和水淬法冷卻的二種鋼渣（簡(jiǎn)稱熱潑鋼渣和水淬鋼渣）。其中熱潑鋼渣為灰褐色塊狀物，質(zhì)地堅(jiān)硬；而水淬鋼渣則為黑灰色球狀小顆粒，密度較大。
2.2將熱潑鋼渣干燥后經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，然后置于φ500×500mm球磨機(jī)粉磨。水淬鋼渣粒度較小，烘干后直接用球磨機(jī)粉磨，粉磨時(shí)間均為60分鐘。比表面積分別為399(m2·kg-1)和324(m2·kg-1)。
2.3為了獲得鋼渣粉體的顆粒粒度與顆粒形貌之間的關(guān)系，以煤油為分散介質(zhì)，油酸為分散劑，將上述兩種鋼渣粉分別制成為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2~3%的懸濁液，并根據(jù)Stokes沉降原理，對(duì)它們進(jìn)行分級(jí)處理。通過(guò)上述操作，每種鋼渣粉共獲得0~2μm、5~10μm、10~20μm、20~30μm、30~40μm和大于40μm六個(gè)粒級(jí)的顆粒。
2．顆粒形貌測(cè)定方法與步驟
2.1研究方法的選擇
根據(jù)以往的研究經(jīng)驗(yàn)[5]，本研究采用長(zhǎng)短徑比表征鋼渣粉體顆粒的粒形。顆粒長(zhǎng)短徑的測(cè)量方法是首先測(cè)量單向投影下每個(gè)顆粒輪廓的最大尺度，記為顆粒長(zhǎng)徑L，然后取與顆粒長(zhǎng)徑方向相垂直的顆粒尺度為顆粒短徑B，以L/B記為該顆粒的長(zhǎng)短徑比，具體見圖1。
長(zhǎng)短徑比越接近1，表明顆粒的球形度越高。
2.2顆粒形貌觀察
采用Philips XI30型掃描電子顯微鏡觀察鋼渣粉體粒形。并存儲(chǔ)圖象以備統(tǒng)計(jì)和分析。
2.3 鋼渣粉體粒形的統(tǒng)計(jì)和分析
測(cè)量SEM圖像照片中每個(gè)鋼渣顆粒的長(zhǎng)短徑。熱潑和水淬鋼渣的各個(gè)粒級(jí)顆粒測(cè)定數(shù)為500~1000。
對(duì)于每個(gè)粒級(jí)的顆粒，以顆粒個(gè)數(shù)為基準(zhǔn)，做長(zhǎng)短徑比與具有該長(zhǎng)短徑比的顆粒頻數(shù)的關(guān)系圖，計(jì)算平均長(zhǎng)短徑比，供分析比較。
3 測(cè)定結(jié)果與分析
3.1鋼渣粉體顆粒形貌的基本特征
圖2～圖13是二種鋼渣粉在各個(gè)粒級(jí)的SEM圖象照片。從中可見，水淬和熱潑鋼渣，無(wú)論顆粒粒級(jí)的高低，粒形均比較規(guī)則，大多呈棱角狀，薄片狀顆粒少，結(jié)構(gòu)致密。尤其是0~2μm的顆粒，其球形度顯著高于高爐礦渣（見圖15）。
由于鋼渣是由多礦物組成的集合體，密度不一，因此，每一粒級(jí)的鋼渣粉中顆粒的大小差異較大，這已經(jīng)在測(cè)量時(shí)予以剔除。此外，一些鋼渣大顆粒表面明顯附著有小顆粒（見圖14），這可能由于大顆粒中有磁性成分，能吸附鐵質(zhì)小顆粒的緣故。這與在制備原料的分級(jí)過(guò)程磁振子上吸附有針狀物相吻合。
表1和表2分別表示水淬鋼渣和熱潑鋼渣的每個(gè)粒級(jí)中，具有確定長(zhǎng)短徑比的鋼渣顆粒和其所占百分含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
從表1和表2中可見，在6個(gè)粒級(jí)中，水淬鋼渣的顆粒長(zhǎng)短徑比統(tǒng)計(jì)平均值介于1.406～1.456之間，熱潑鋼渣的顆粒長(zhǎng)短徑比統(tǒng)計(jì)平均值介于1.408～1.501之間，另外，二種鋼渣粉體的每個(gè)粒級(jí)中，具有L/B為1.2-1.3的粉體含量最多。說(shuō)明鋼渣粉體的顆粒球形度是比較高的。
通常認(rèn)為：隨著粉磨的進(jìn)行，顆粒的細(xì)化形式將逐漸由體積粉碎向顆粒的表面磨蝕剝落轉(zhuǎn)變，因此，顆粒將更加趨于球形化，也就是說(shuō)細(xì)粒級(jí)粉體顆粒的長(zhǎng)短徑比統(tǒng)計(jì)平均值應(yīng)當(dāng)減小。但表3的結(jié)果表明：對(duì)水淬鋼渣，其粗、中、細(xì)6個(gè)粒級(jí)顆粒的長(zhǎng)短徑比統(tǒng)計(jì)平均值變化不大，說(shuō)明水淬鋼渣顆粒的球形度受粒度的影響甚??；而對(duì)熱潑鋼渣，隨著顆粒粒度的減小，其長(zhǎng)短徑比統(tǒng)計(jì)平均值有增大的趨勢(shì)，說(shuō)明顆粒的球形度降低。圖16是兩種鋼渣粉體分別在六個(gè)所選的顆粒粒級(jí)中，顆粒長(zhǎng)短徑ln(L/B)比與百分含量(個(gè)數(shù)基準(zhǔn))的關(guān)系所作的對(duì)比，可見在0-2μm和5～10μm兩個(gè)粒級(jí)區(qū)間中，水淬鋼渣粉體在ln(L/B)為1～1.5之間顆粒的含量明顯高于熱潑鋼渣粉，說(shuō)明水淬鋼渣粉在細(xì)粒級(jí)段顆粒球形度高于熱潑鋼渣。隨著顆粒粒度的增大，兩者的區(qū)別逐漸縮小，到40μm粒級(jí)區(qū)間時(shí)，二者已無(wú)明顯差別。造成此結(jié)果的原因可能是熱潑鋼渣成渣時(shí)冷卻較慢，礦物結(jié)晶發(fā)育比較完整，當(dāng)顆粒破碎至晶粒尺度時(shí)，容易沿晶格解理面破碎細(xì)化，從而影響到顆粒的球形度。
4 結(jié)論
1對(duì)于轉(zhuǎn)爐水淬鋼渣和熱潑鋼渣粉體，顆粒大多呈棱角狀，整體粒形比較渾圓規(guī)則，未見明顯的片狀形態(tài)，顆粒長(zhǎng)短徑比統(tǒng)計(jì)平均值分別介于1.406～1.456和1.408～1.501之間，每個(gè)粒級(jí)中，具有長(zhǎng)短徑比L/B為1.2-1.3的粉體含量最多。球形度顯著高于高爐礦渣。
2水淬鋼渣細(xì)粉在細(xì)粒級(jí)的顆粒球形度高于熱潑鋼渣。隨著顆粒粒度的增大，兩者的區(qū)別逐漸縮小，到40μm粒級(jí)區(qū)間時(shí)，二者已無(wú)明顯差別。
參考文獻(xiàn)
[1]朱明, 胡曙光, 丁慶軍. 鋼渣用作水泥基材料的問(wèn)題研討[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2005,27(6):48-51,65.
[2]陳益民, 張洪滔. 磨細(xì)鋼渣粉作水泥高活性混合材料的研究[J ]. 水泥, 2001 , (5) :1～4.
[3]潘鋼華, 孫偉, 張亞梅. 活性混合材微集料效應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[J]. 混凝土與水泥制品, 1997(6):23-25.
[4]丁星,蒲心誠(chéng). 水泥活性礦物摻料增強(qiáng)效應(yīng)統(tǒng)計(jì)模型研究[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 1999,27(4):401-407.
[5]趙旭光, 李長(zhǎng)成, 文梓蕓, 余其俊. 高爐礦渣粉體的顆粒形貌研究[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2005,8(5):558-561.
項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家“十一·五”科技支撐計(jì)劃（2006BAF02A24），廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2007B010600036)，硅酸鹽材料工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（武漢理工大學(xué)）開放基金項(xiàng)目（SYSJJ2006-08）。
作者簡(jiǎn)介: 趙旭光(1960- ), 男, 山東省萊州市人，漢族，廣東韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院教授，工學(xué)博士;
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