礦渣

礦渣可採用不同的方法來分類，其中根據鹼性氧化物（CaO+MgO）與酸性氧化物的比值M，可以將礦渣分為鹼性礦渣（M>1）、中性礦渣（M=1）和酸性礦渣（M<1）；根據冶鍊生鐵的種類可分為鑄鐵礦渣（冶鍊鑄鐵時排出的渣）、鍊鋼生鐵礦渣（冶鍊供鍊鋼用生鐵時排出的渣）和特種生鐵礦渣（用含有其它金屬的鐵礦石熔煉生鐵時排出的渣，如錳礦渣、鎂礦渣）；再根據冷卻方法、物理性能及外形，可以分為緩冷渣（塊狀、粉狀）和急冷渣（粒狀、纖維狀、多孔狀和浮石狀）。

礦渣的化學成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3等氧化物和少量硫化物如CaS、MnS等，一般來說，CaO、SiO2和Al2O3的含量佔90%以上。礦渣的化學成分與水泥的化學成分基本相同，只不過CaO含量較低，而SiO2含量偏高，另外，在CaO含量較高的鹼性礦渣中還含有硅酸二鈣等成分，所以礦渣本身具有微弱水硬性。

高爐渣的礦物組成與生產原料和冷卻方式有關。在慢冷結晶態的礦渣中，鹼性高爐渣中的主要礦物為鈣鋁黃長石和鈣鎂黃長石，其次為硅酸二鈣、假硅灰石、鈣長石、鈣鎂橄欖石、鎂薔薇石及鎂方柱石等。酸性高爐渣中的礦物成分主要為黃長石、假硅灰石、輝石和斜長石等。釩鈦高爐渣中的主要礦物是鈣鈦石、安諾石、鈦輝石、巴依石和尖晶石等。錳鐵渣中主要礦物是橄欖石。高鋁渣中主要礦物是鋁酸一鈣、三鋁酸五鈣和二鋁酸一鈣。鏡鐵渣中主要礦物是薔薇輝石。在結晶態的礦渣中，除高鋁渣外，僅硅酸二鈣具有膠凝性，其他礦物均不具有或只具有微弱的膠凝性，所以基本不具有水硬性。而急冷渣主要由玻璃體組成，其含量與礦渣熔體的化學成分和冷卻速度有很大關係，一般酸性礦渣的玻璃體含量高於鹼性礦渣，冷卻速度快玻璃體含量就高。我國鋼鐵廠排放的快冷渣玻璃體含量一般在80%以上，具有較好的水硬性。

礦渣微粉摻入混凝土中，在混凝土內部的鹼性環境中，礦粉能與水泥的水化產物Ca(0H)2發生“二次水化反應”，而且能促進水泥進一步水化生成更多的C-S-H凝膠，使集料界面區的Ca(0H)2晶粒變小，改善了混凝土微觀結構，降低了水泥漿體的孔隙率，提高了集料界面粘結力，使混凝土的物理力學性能大大提高。

一般情況下，混凝土可視為連續級配的顆粒堆積體系，粗集料之間的空隙由細集料填充，細集料之間的空隙由水泥顆粒填充，而水泥顆粒之間的空隙則需要有更細的顆粒來填充。根據Aim和Goff模型理論，當把摻有超細礦物外加劑的水泥基材料看作多元系統，則該系統中存在一個最緊密堆積，其值取決於超細礦物外加劑的粒徑與水泥粒徑之比，該值越小，最緊密堆積值越大，礦渣微粉比水泥顆粒細，在取代了部分水泥后，這些小顆粒填充在水泥顆粒間的空隙中，使膠凝材料具有更好的級配，形成了密實充填結構和細觀層次的自緊密堆積體系；同時還能降低標準稠度下的用水量，在保持相同用水量的條件下又可以提高拌合物的流動性；另外，填充作用還能增加拌合物的粘聚性，防止泌水離析。

礦渣微粉的膠凝性與硅酸鹽水泥相比來說比較弱，但是它為水泥水化體系起到微晶核效應的作用，加速水泥水化反應的進程並為水化產物提供了充裕的空間，使得水泥水化產物分佈更均勻，提高了硬化水泥漿體結構的密實性，從而使混凝土具有較好的力學性能。

工業生產中，礦渣發揮著著重要的作用，尤其是一些重大型工廠。利用礦渣製成提煉加工為礦渣水泥、礦渣微粉、礦渣粉、礦渣硅酸鹽水泥、礦渣棉、高爐礦渣、粒化高爐礦渣粉、銅礦渣、礦渣立磨。節約了能耗。但是礦渣對於空氣有一定的污染，多年於礦井工作的人員容易由礦渣引起呼吸道疾病。