2.3.2　水淬炉渣的表征

2.3.2.1　形态

不同淬冷条件处理的淬冷炉渣颗粒薄层断面的显微图像如图2-4所示。炉渣淬冷时，炉渣外表面上有极细的微晶和无定形固体（图2-4a）。当2.00～4.75 mm炉渣水淬冷时，熔体产物表面上没有出现水淬产物层（图2-4b）。淬冷产物的厚度10 μm～1 mm，淬冷产物的形成主要由于炉渣中细组分的存在。

图2-4　不同淬冷条件的淬冷炉渣的显微照片

不同光模式下淬冷产物有着不同的显微特征。淬冷产物包含了不均匀材料的混合物，包括不透明的玻璃/熔体产物，微小的金属片和陶瓷片，微晶，无定形，固体有机组分和其他未识别的材料，如图2-5所示。在平面偏振光（PPL）下，淬冷产物的组分基本上表现为透明（图2-5a），但在交叉偏振光（XPL）下，它们显示了不同的光学行为（图2-5b）。在XPL下，有机组分和金属是不透明的。在反射光模式（RL）下，大多数的组分表现出类似的特征；金属组分可由其金属光泽区分（图2-5c）。淬冷产物主要是无定形/微晶C-S-H和氧化物。

图2-5　不同光模式下具有不均匀混合物的水淬产物

2.3.2.2　矿物组成

炉渣水淬冷后存在的主要晶相为石英（SiO2）、方解石（CaCO3）、Friedel盐［Ca2Al（OH）6Cl·2H2O］、水铝钙石｛Ca2 Al（OH）6［Cl1-x（OH）x］·3H2 O｝、钙黄长石（Ca2Al2SiO7），次要相包括赤铁矿（Fe2O3）、岩盐（NaCl）、斜长石（NaAlSi3 O8-CaAl2 Si2 O8），可能的钙铝石（Ca12 Al14 O33）。水淬产生新的晶相，尤其是Friedel盐和水铝钙石，它们未在原始未淬冷炉渣中发现。

2.3.2.3　水淬炉渣中团聚机制

水淬中炉渣的化学反应分成两个阶段，第一个阶段包括主要可溶盐扩散溶解、水合物沉淀和金属氧化，在炉渣浸没到淬冷水中后立即开始，在炉渣到达水淬系统的底部排放后化学反应一直持续至系统平衡状态。炉渣排放时第二阶段开始，这一阶段涉及炉渣毛细桥的团聚、孔隙水的碳化以及水合物相如C-S-H的硬化，如图2-6所示。毛细桥团聚是粉末状材料以水分或液体作为桥接，颗粒在毛细力作用下发生团聚的现象，同时毛细桥还起到表面反应如碳化、金属氧化等介质的作用。炉渣排放后干燥过程中发生水合产物与刚性核之间的固化。

图2-6　渣颗粒中水淬产物形成时不同阶段

a—主要可溶盐的溶解；b—水合物相的沉淀，金属的氧化；c—炉渣颗粒借助液桥的团聚；d—硬化和固化阶段