摘要 采用扫描电镜对水淬和热泼二种球磨转炉钢渣粉的颗粒形貌进行了观察。以颗粒投影轮廓的长短径比来表征颗粒的粒形。通过对大量钢渣颗粒的长短径测量和分析，获得了钢渣粉体颗粒粒形的统计性结果。结果表明：二种钢渣粉颗粒长短径比的平均值分别介于1.406～1.456和1.408～1.501之间，热泼钢渣粉颗粒的球形度逊于水淬钢渣粉，但显著优于高炉矿渣。二者之间的差异主要体现在0～3μm粒级。
关键词 钢渣粉体；颗粒形貌；粉体工程；混凝土掺合料
1．前言
2006年我国钢渣的排放量超过五千万吨，而利用钢渣制备胶凝材料已经成为国内外研究的热点[1-2]，并很有可能在今后实现其高效化回收利用的重要途径。
从材料学原理出发，钢渣粉体在混凝土中的诸多性能优势与其活性效应和微集料效应紧密相关[3-4]，而它的颗粒粒形是决定其微集料效应的重要因素，因此，开展钢渣粉体颗粒形貌的研究，有助于我们深化对钢渣粉体微集料效应的认识，深化钢渣系列胶凝材料的研究，为实现钢渣的大规模高效回收利用奠定基础。
2、原料与粉体制备
2.1采用韶关钢铁集团公司提供盘泼水冷却法和水淬法冷却的二种钢渣（简称热泼钢渣和水淬钢渣）。其中热泼钢渣为灰褐色块状物，质地坚硬；而水淬钢渣则为黑灰色球状小颗粒，密度较大。
2.2将热泼钢渣干燥后经颚式破碎机破碎，然后置于φ500×500mm球磨机粉磨。水淬钢渣粒度较小，烘干后直接用球磨机粉磨，粉磨时间均为60分钟。比表面积分别为399(m2·kg-1)和324(m2·kg-1)。
2.3为了获得钢渣粉体的颗粒粒度与颗粒形貌之间的关系，以煤油为分散介质，油酸为分散剂，将上述两种钢渣粉分别制成为质量分数为2~3%的悬浊液，并根据Stokes沉降原理，对它们进行分级处理。通过上述操作，每种钢渣粉共获得0~2μm、5~10μm、10~20μm、20~30μm、30~40μm和大于40μm六个粒级的颗粒。
2．颗粒形貌测定方法与步骤
2.1研究方法的选择
根据以往的研究经验[5]，本研究采用长短径比表征钢渣粉体颗粒的粒形。颗粒长短径的测量方法是首先测量单向投影下每个颗粒轮廓的最大尺度，记为颗粒长径L，然后取与颗粒长径方向相垂直的颗粒尺度为颗粒短径B，以L/B记为该颗粒的长短径比，具体见图1。
长短径比越接近1，表明颗粒的球形度越高。
2.2颗粒形貌观察
采用Philips XI30型扫描电子显微镜观察钢渣粉体粒形。并存储图象以备统计和分析。
2.3 钢渣粉体粒形的统计和分析
测量SEM图像照片中每个钢渣颗粒的长短径。热泼和水淬钢渣的各个粒级颗粒测定数为500~1000。
对于每个粒级的颗粒，以颗粒个数为基准，做长短径比与具有该长短径比的颗粒频数的关系图，计算平均长短径比，供分析比较。
3 测定结果与分析
3.1钢渣粉体颗粒形貌的基本特征
图2～图13是二种钢渣粉在各个粒级的SEM图象照片。从中可见，水淬和热泼钢渣，无论颗粒粒级的高低，粒形均比较规则，大多呈棱角状，薄片状颗粒少，结构致密。尤其是0~2μm的颗粒，其球形度显著高于高炉矿渣（见图15）。
由于钢渣是由多矿物组成的集合体，密度不一，因此，每一粒级的钢渣粉中颗粒的大小差异较大，这已经在测量时予以剔除。此外，一些钢渣大颗粒表面明显附着有小颗粒（见图14），这可能由于大颗粒中有磁性成分，能吸附铁质小颗粒的缘故。这与在制备原料的分级过程磁振子上吸附有针状物相吻合。
表1和表2分别表示水淬钢渣和热泼钢渣的每个粒级中，具有确定长短径比的钢渣颗粒和其所占百分含量的统计结果。
从表1和表2中可见，在6个粒级中，水淬钢渣的颗粒长短径比统计平均值介于1.406～1.456之间，热泼钢渣的颗粒长短径比统计平均值介于1.408～1.501之间，另外，二种钢渣粉体的每个粒级中，具有L/B为1.2-1.3的粉体含量最多。说明钢渣粉体的颗粒球形度是比较高的。
通常认为：随着粉磨的进行，颗粒的细化形式将逐渐由体积粉碎向颗粒的表面磨蚀剥落转变，因此，颗粒将更加趋于球形化，也就是说细粒级粉体颗粒的长短径比统计平均值应当减小。但表3的结果表明：对水淬钢渣，其粗、中、细6个粒级颗粒的长短径比统计平均值变化不大，说明水淬钢渣颗粒的球形度受粒度的影响甚小；而对热泼钢渣，随着颗粒粒度的减小，其长短径比统计平均值有增大的趋势，说明颗粒的球形度降低。图16是两种钢渣粉体分别在六个所选的颗粒粒级中，颗粒长短径ln(L/B)比与百分含量(个数基准)的关系所作的对比，可见在0-2μm和5～10μm两个粒级区间中，水淬钢渣粉体在ln(L/B)为1～1.5之间颗粒的含量明显高于热泼钢渣粉，说明水淬钢渣粉在细粒级段颗粒球形度高于热泼钢渣。随着颗粒粒度的增大，两者的区别逐渐缩小，到40μm粒级区间时，二者已无明显差别。造成此结果的原因可能是热泼钢渣成渣时冷却较慢，矿物结晶发育比较完整，当颗粒破碎至晶粒尺度时，容易沿晶格解理面破碎细化，从而影响到颗粒的球形度。
4 结论
1对于转炉水淬钢渣和热泼钢渣粉体，颗粒大多呈棱角状，整体粒形比较浑圆规则，未见明显的片状形态，颗粒长短径比统计平均值分别介于1.406～1.456和1.408～1.501之间，每个粒级中，具有长短径比L/B为1.2-1.3的粉体含量最多。球形度显著高于高炉矿渣。
2水淬钢渣细粉在细粒级的颗粒球形度高于热泼钢渣。随着颗粒粒度的增大，两者的区别逐渐缩小，到40μm粒级区间时，二者已无明显差别。
参考文献
[1]朱明, 胡曙光, 丁庆军. 钢渣用作水泥基材料的问题研讨[J]. 武汉理工大学学报, 2005,27(6):48-51,65.
[2]陈益民, 张洪滔. 磨细钢渣粉作水泥高活性混合材料的研究[J ]. 水泥, 2001 , (5) :1～4.
[3]潘钢华, 孙伟, 张亚梅. 活性混合材微集料效应的理论和实验研究[J]. 混凝土与水泥制品, 1997(6):23-25.
[4]丁星,蒲心诚. 水泥活性矿物掺料增强效应统计模型研究[J]. 硅酸盐学报, 1999,27(4):401-407.
[5]赵旭光, 李长成, 文梓芸, 余其俊. 高炉矿渣粉体的颗粒形貌研究[J]. 建筑材料学报, 2005,8(5):558-561.
项目来源：国家“十一·五”科技支撑计划（2006BAF02A24），广东省科技计划项目(2007B010600036)，硅酸盐材料工程教育部重点实验室（武汉理工大学）开放基金项目（SYSJJ2006-08）。
作者简介: 赵旭光(1960- ), 男, 山东省莱州市人，汉族，广东韶关学院化学与环境工程学院教授，工学博士;
联系方式：0751－8223947（H），13509860757，E-mail：xuguangzhao1@sgu.edu.cn
