矿渣

矿山工业名词

矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。

分类

矿渣可采用不同的方法来分类，其中根据碱性氧化物（CaO+MgO）与酸性氧化物的比值M，可以将矿渣分为碱性矿渣（M>1）、中性矿渣（M=1）和酸性矿渣（M<1）；根据冶炼生铁的种类可分为铸铁矿渣（冶炼铸铁时排出的渣）、炼钢生铁矿渣（冶炼供炼钢用生铁时排出的渣）和特种生铁矿渣（用含有其它金属的铁矿石熔炼生铁时排出的渣，如锰矿渣、镁矿渣）；再根据冷却方法、物理性能及外形，可以分为缓冷渣（块状、粉状）和急冷渣（粒状、纤维状、多孔状和浮石状）。

矿渣的组成

矿渣的化学成分

矿渣的化学成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3 等氧化物和少量硫化物如CaS、MnS等，一般来说，CaO、SiO2和Al2O3的含量占90%以上。矿渣的化学成分与水泥的化学成分基本相同，只不过CaO含量较低，而SiO2含量偏高，另外，在CaO含量较高的碱性矿渣中还含有硅酸二钙等成分，所以矿渣本身具有微弱水硬性。

矿渣的矿物组成

高炉渣的矿物组成与生产原料和冷却方式有关。在慢冷结晶态的矿渣中，碱性高炉渣中的主要矿物为钙铝黄长石和钙镁黄长石，其次为硅酸二钙、假硅灰石、钙长石、钙镁橄榄石、镁蔷薇石及镁方柱石等。酸性高炉渣中的矿物成分主要为黄长石、假硅灰石、辉石和斜长石等。钒钛高炉渣中的主要矿物是钙钛石、安诺石、钛辉石、巴依石和尖晶石等。锰铁渣中主要矿物是橄榄石。高铝渣中主要矿物是铝酸一钙、三铝酸五钙和二铝酸一钙。镜铁渣中主要矿物是蔷薇辉石。在结晶态的矿渣中，除高铝渣外，仅硅酸二钙具有胶凝性，其他矿物均不具有或只具有微弱的胶凝性，所以基本不具有水硬性。而急冷渣主要由玻璃体组成，其含量与矿渣熔体的化学成分和冷却速度有很大关系，一般酸性矿渣的玻璃体含量高于碱性矿渣，冷却速度快玻璃体含量就高。我国钢铁厂排放的快冷渣玻璃体含量一般在80%以上，具有较好的水硬性。

矿渣的基本效应

火山灰效应

矿渣微粉掺入混凝土中，在混凝土内部的碱性环境中，矿粉能与水泥的水化产物Ca(0H)2 发生“二次水化反应”，而且能促进水泥进一步水化生成更多的C-S-H凝胶，使集料界面区的Ca(0H)2 晶粒变小，改善了混凝土微观结构，降低了水泥浆体的孔隙率，提高了集料界面粘结力，使混凝土的物理力学性能大大提高。

微集料效应

一般情况下，混凝土可视为连续级配的颗粒堆积体系，粗集料之间的空隙由细集料填充，细集料之间的空隙由水泥颗粒填充，而水泥颗粒之间的空隙则需要有更细的颗粒来填充。根据Aim和Goff模型理论，当把掺有超细矿物外加剂的水泥基材料看作多元系统，则该系统中存在一个最紧密堆积，其值取决于超细矿物外加剂的粒径与水泥粒径之比，该值越小，最紧密堆积值越大，矿渣微粉比水泥颗粒细，在取代了部分水泥后，这些小颗粒填充在水泥颗粒间的空隙中，使胶凝材料具有更好的级配，形成了密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系；同时还能降低标准稠度下的用水量，在保持相同用水量的条件下又可以提高拌合物的流动性；另外，填充作用还能增加拌合物的粘聚性，防止泌水离析。

微晶核效应

矿渣微粉的胶凝性与硅酸盐水泥相比来说比较弱，但是它为水泥水化体系起到微晶核效应的作用，加速水泥水化反应的进程并为水化产物提供了充裕的空间，使得水泥水化产物分布更均匀，提高了硬化水泥浆体结构的密实性，从而使混凝土具有较好的力学性能。

用途及危害

在工业生产中，矿渣发挥着着重要的作用，尤其是一些重大型工厂。利用矿渣制成提炼加工为矿渣水泥、矿渣微粉、矿渣粉、矿渣硅酸盐水泥、矿渣棉、高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、铜矿渣等。节约了能耗。但是矿渣对于空气有一定的污染，多年于矿井工作的人员容易由矿渣引起呼吸道疾病。

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