针对工业固废资源化利用时，低活性废渣难应用这一问题，把钢渣，矿渣以及粉煤灰复掺进行粉磨，制备高活性超细矿物掺合料，研究了原料配比，对超细矿物掺合料性能的影响，还研究了颗粒细度对超细矿物掺合料性能的影响，针对超细矿物掺合料使用扫描电镜即SEM分析微观形貌，使用粒度粒形仪分析粒度粒形，把超细矿物掺合料取代水泥，研究其流动性和活性。
结果显示，存在这样一种情况，当钢渣、矿渣、粉煤灰三者的质量比为3比5比2时，通过采用球磨的方式进行粉磨，粉磨90分钟后能够制得一种高活性超细矿物掺合料，该掺合料平均粒径为3.64μm，D0等于2.53μm，其28d活性指数能够达到104%，超细粉的粒径会随着粉磨时间的增加而降低，在超过90分钟之后粉磨效率降低，细度趋于稳定，掺入超细粉体之后浆体的流动度会略有降低，不过对浆体硬化后的结构增强作用是明显的。
我国工业化水平持续提高，工业固废体量逐年在添，所属种类日益增多，像冶炼金属工业产出的钢渣，锰渣，赤泥，烟道灰，矿渣等，大量工业固废多采用原始且简单的堆填方式去处置，极易对环境造成大面积污染，还会诱发二次污染，不能起到工业固废自身所拥有的潜在价值的作用，不符合工业固废资源化发展的时代需求。
本试验选用钢渣，这是大宗工业固废中的一种，还选用矿渣，同样属于大宗工业固废，另外选用粉煤灰，它也是大宗工业固废中的材料，以此作为原材料，研究原材料配合比，研究原材料细度，研究其对工业固废制备高活性超细矿物掺合料性能的影响，分析原料的形貌，分析原料的组成，分析原料的粒度粒形，分析原料的活性指数等，还分析超细矿物掺合料的形貌，分析超细矿物掺合料的组成，分析超细矿物掺合料的粒度粒形，分析超细矿物掺合料的活性指数等，并对工业固废超细矿物掺合料的制备工艺配方进行优化探索，为解决大宗工业固废制备难的问题提供思路，为解决大宗工业固废活性低的问题提供技术支撑。
1 试验
1.1 原材料
热闷钢渣（如图1(a)所示），质地坚硬呈块体，易磨性很差 ，此物为钢渣。由广西区内某钢铁厂通过水淬工艺处理产生的东西（如图1(b)所示为块状中的玻璃体），表面有空洞且边缘尖锐，这是矿渣。含有大量微珠的物质（如图1(c)所示），是粉煤灰。名为P.O 42.5的普通硅酸盐水泥是水泥。自来水是水 。使用ZSX PrimusⅡX射线荧光光谱仪，也就是大家常说的X-ray fluorescence spectrometer，简称为XRF，通过该仪器进行测量，得出主要原料的化学组成，其具体情况被列于表1之中 。
图1 原料电子显微图像
1.2 粉磨试验方法
粉磨钢渣、矿渣、粉煤灰，采用一元以及多元方式进行配料，配料比例可查看表2。运用试验用小型球磨机（SM - 500X500），对不同配比的工业固废展开粉磨，以此形式制备超细矿物掺合料。关于钢渣、矿渣、粉煤灰，按照质量比为2：4：4的配比，分别粉磨45min、60min、75min、90min、105min，依据试验结果挑选出最佳粉磨时间，针对不同配比超细粉性能展开研究测试，最终获取最优的钢渣、矿渣以及粉煤灰的质量比。
1.3 性能测试方法
用场发射扫描电镜也就是S - 4800去表征超细粉的微观形貌结构，用粒度和粒形分析仪就是Morphologi 4来分析超细粉的粒度粒形分布，参照《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》这本GB/T 18046 - 2017测试超细粉的活性指数和胶砂流动度，详细的测试流程是这样的，按照表3比例用量分别制备不同超细粉的水泥胶砂试样，试样要在温度为(20士1)℃、湿度为98%的条件下养护7d ，之后在28d龄期测试抗压强度，再根据式(1)计算超细粉的活性指数。
2 试验结果与分析
2.1 粒度分布
粉磨后的粉体，其粒度数据，如表4所示。如图2所示，是M7配比的粉磨时间与颗粒尺寸的关系图，从中得到，最佳的粉磨时间为90min。前90min，颗粒尺寸逐渐减低，此阶段主要是粗颗粒的破碎细化阶段，随着粉磨时间增加，缓慢达到球磨机细度极限；在90min处，颗粒尺寸达到最小尺寸D50=29μm，继续增加粉磨，对颗粒尺寸的降低作用不大，甚至会出现略微增大 。随着粉磨时间进一步增加，超细粉体易于出现团聚状况，无法仅仅凭借粉磨持续减小粒径，球磨介质经长时间工作后疲劳值上升，长时间粉磨效率下降。
图3呈现的是，M7超细矿物掺合料跟纯组分样品粒径尺寸的关系图，通过三元复掺配比粉磨所得到的超细粉体，其颗粒尺寸比纯钢渣、矿渣的颗粒尺寸要低，对于相同粉磨时间的超细粉以及钢渣，它们的颗粒尺寸差距是，D10等于0.46μum，D50等于0.24μm，D90等于0.68μm，超细粉的D10、D50都小于钢渣。三元粉料内的3种材料，其易磨型不一样，质地硬的钢渣可充当研磨介质，对其他粉料研磨，使得最终超细粉体的小粒径含量比单一组分优，而质地硬的原料最终粒径更大，致使三元超细粉体的D90值大于单一组分。图4是M7配比粉磨所得超细粉体粒度分布，三元超细矿物掺合料粒径分布范围小，颗粒粒径集中在2至10μm分布，平均粒径5.04μm 。
2.2 流动度
对所设计的不同配比超细粉体，进行胶砂浆体流动度测试，测试情况见表5，图5呈现的是超细粉体流动度比和颗粒尺寸间的关系图，流动度跟粒径的变化不存在直接关联，粉煤灰粉磨后拥有最小的粒径，矿渣粉磨后具备最优的流动性，钢渣、矿渣和粉煤灰经过三元复掺粉磨得到的粉体，其所形成的胶砂浆体流动性，相较于空白试样出现了下降情况，最大降低幅度是M7配比的7% 。原因在于，超细粉体的颗粒，比普通硅酸盐水泥的粒径小，颗粒尺寸越小的那种颗粒，其表面积越大，这样就会致使用水量增加，进而使胶砂浆体流动度降低。
2.3 活性指数
经90min粉磨，将有着不同配比的3种原料纯组分制得超细矿物掺合料，对养护7d、28d龄期的活性指数进行试验测定，结果如图6所示。从图6能够知道，三元复掺配比的超细矿物掺合料活性指数，都要比钢渣单独组分高，也比粉煤灰单独组分高，随着钢渣的掺量有所增加，7d活性指数呈现出上升的态势，28d活性指数先是上升，之后缓慢下降，这表明钢渣对早期活性指数的提高是有帮助的，不过对后期的活性指数不利，矿渣的活性高，活性指数会随矿渣的掺量增加而增大，M8配比活性是最好的，三元复掺质量比为钢渣：矿渣：粉煤灰=3：5：2，28d活性指数最优能达到104%。三元超细矿物掺合料具备高活性，这是因发挥了原料的复合协同效应，矿渣自身有高活性，又结合了粉煤灰的滚珠效应，还通过粉磨超细活化过程提升了钢渣潜在活性。M8粒径分布呈图7所示情况，平均粒径为3.64pμm、D50等于2.53pμm，颗粒粒径集中分布于2至10μm的区间，使得超细矿物掺合料能够填充进孔隙结构里。由于粒径分布在于8μm的范围区间内均匀分布，所以在填充微孔时，不同粒径大小的颗粒能够达成紧密堆积。
如图8所示，不同细度超细矿物掺合料对活性指数有影响，随着超细粉体粒径减小，7d活性指数变化不明显，28d活性指数呈下降趋势，在超细粉体平均粒径为3.95μm时活性指数可达最大(103%)，粒径越小的超细粉体颗粒比表面积越大，能增加水化反应接触面积，利于强度稳定发展及达到更高后期强度。在工业固废超细化粉磨的制作过程里，固废的颗粒渐渐从粗大且不规整的形态，变成细小的类似球状的颗粒，与此同时，物料有着晶体结构以及表面物理化学性质的变化。在粉磨时，一部分粉磨能量变成内能与表面能，能够有效地提升超细矿物掺合料的活性。
2.4 形貌分析
工业固废制成的超细矿物掺合料，在形貌方面，与水泥胶凝材料有相似之处，在组成方面，也与水泥胶凝材料有相似之处，接下来，对三元超细矿物掺合料进行扫描电镜微观形貌分析。另外，图9是放大500倍以后观察到的超细矿物掺合料的电子图像，从图9当中能够看到，粉磨所得到的超细粉，其组分是均匀的，钢渣、矿渣以及粉煤灰这3种原料，充分地混合在了一起，如此一来，就保证了超细矿物掺合料性质的稳定性。分析图10，通过超细矿物掺合料放大3000倍扫描电镜的微观形貌对比可知，粉煤灰微珠之中存在小粒径微珠，这些小粒径微珠可颇为良好地填充于钢渣与矿渣微粉之间。图11呈现的是超细矿物掺合料的圆度曲线，其中圆度0.97的颗粒含量最为众多，所有颗粒的平均圆度能够达成0.85。鉴于粉磨后的超细粉平均粒径约为5μm，粉磨之时大于10pμm的粉煤灰微珠遭到破坏，然而小粒径微珠仍旧维持完整的球体结构，并且均匀地散布于超细粉体里。颗粒粒径越小，会致使超细粉体出现吸附团聚情况，小于10μm的粉煤灰微珠，能够发挥粉煤灰微珠的滚珠效应，缓解超细粉体的团聚现象，并且改善浆体的流动性。
通过扫描电镜也就是 SEM 观察胶凝试块的微观形貌，根据图 12(a)能够知道，普通水泥胶砂试块有大量针棒状钙矾石晶体分布于砂与浆体的界面过渡区位置，致使过渡区黏结薄弱，进而破坏水泥石的紧密结构，对力学强度造成负面影响；在图 12(b)里，掺入矿粉试件水化产物比空白组丰富，能看到浆体中有微裂纹与孔隙，针棒状钙矾石分布在孔隙间，随着水化推进，针棒状钙矾石进一步发育产生体积膨胀，会进一步填充结构中的孔隙与微裂纹，不过钙矾石的形成会降低试件的耐久性；由图 12(c)可知，掺入超细矿物掺合料的试件结构紧密，小颗粒发生水化并填充在试件的孔洞中。指出超细粉掺和进去可起到物理填充效果以及发挥火山灰作用，推动水化进程的拓展和延伸，致使水化产物相互之间、水化产物跟物料相互之间均匀且紧密地交织融合而成一体，有益于增强试件强度。而且超细粉所具备的超细特质，可以将细小孔隙很好地填充起来，促使内部结构变得更加密实 。
3 结语
将钢渣、矿渣，还有粉煤灰，这三种固废进行复掺，之后实施超细粉磨，能够制得一种超细高活性的矿物掺合料，它的平均粒径是3.64μm，D50等于2.53μm，28d活性指数能够达到104%，其中最优的三元复掺质量比是钢渣：矿渣：粉煤灰=3：5：2 。
随粉磨细度上升，三元超细掺合料活性呈上升态势，使用球磨机粉磨，前90min粒径会渐渐降低，在90min时达到最小粒径，所得超细粉体粒径主要分布于2到10μm区间。
（3）钢渣 - 矿渣 - 粉煤灰三元固废超细矿物掺合料，具备小尺寸超细粉的优势，存在协同效应，依循超细活化，能够提升钢渣潜在活性，与此同时，超细粉粒径比水泥更小，能够紧密填充试件内部微小孔洞，从而获取高活性超细矿物掺合料。
(4) 高活性超细矿物掺合料能够替代水泥等胶凝材料，用以制备高强度水泥，或者制备混凝土制品，此举可有效解决钢渣活性低的问题，还能解决钢渣难应用的问题，借助多元固废协同处置理念，能够有效提高低活性工业固废的附加值，进而为推动我国固废资源化进程提供参考。
