水泥分析

水泥分析对于确保水泥在整个生产过程中的质量和性能以及在其制造过程中的脱碳方面发挥着至关重要的作用。 

X 射线荧光 (XRF) 

XRF 用于对水泥、原材料、辅助凝胶材料 (SCM) 和替代燃料进行元素分析。它通过测量样品的特征 X 射线发射来鉴定化学成分。 

根据测量的准确度和得出结果所需的时间，可以考虑不同的样品制备：

样品制备

• 粉碎/粉末：对材料进行粉碎以减小颗粒粒度，并作为粉末进行分析。通常首选压片而不是松散的粉末，以确保样品的均匀性，最大限度地减少颗粒粒度效应，促进准确的元素分析
• 熔融：为了获得最佳精度，将样品溶解在熔融玻璃中形成助熔剂，从而形成均质的玻璃片。这会消除颗粒粒度和基体效应

应用

• 原材料表征：评估原材料成分（例如石灰石、粘土、石膏）以获得合适的熟料
• SCM 添加：根据 SCM 的化学成分，将适量的 SCM 添加到熟料中以获得合适的水泥
• 质量控制：在生产过程中监测元素成分

X 射线衍射 (XRD)

XRD 可以鉴定和定量分析熟料和水泥中的晶相，以及替代燃料和 SCM（烧结粘土）。 

样品制备是获得正确结果的关键，但在大多数情况下也是最大的误差来源。可以使用两种方法制备：

样品制备

• 研磨：将材料研磨成细粉
• 一次碾压：压片用于生产控制；这是大多数样品最可靠的推荐样品制备方法

应用

• 物相定量：确定水泥中各物相（如熟料、石膏）的含量
• 脱碳：XRD 通过定量分析物相（熟料）、探索替代品（替代燃料和原材料）和推动创新（新 SCM），助力水泥行业向更环保、更高效的工艺转型
• 质保：确保物相组成一致

激光衍射  

了解水泥样品中存在的颗粒粒度范围，以便更好地控制水泥性能和运营成本。颗粒粒度在反应性中也起着关键作用，因此在其他材料（粘土、混凝土细粉等）中得到更多应用。

激光衍射基于使用准直激光束照射颗粒的结果。从各个角度测量散射光。颗粒粒度信息来源于衍射图谱。

样品制备

• 研磨：在水泥厂，大部分时间都进行干法分析。这意味着在测量之前对材料进行精细研磨。在实时测量的情况下，关键是要确保使用均匀且具有代表性的样品进行分析，这可能需要多得多的样品覆盖量且经过良好调整的样品收集

应用

• 抗压强度目标成果：随着颗粒粒度减小，表面积增加。颗粒越细，水泥强度越高。28 天强度可能会受到过多细颗粒 (< 2um) 的影响，从而导致开裂。粗颗粒太多会对强度产生不利影响。这就是为什么在 2 - 32 微米之间优化 PSD 至关重要的原因
• 固化特性：激光衍射技术有助于预测和监测固化行为
• 布莱恩数增强：除了布莱恩数之外，PSD 还能揭示更精细的细节和对粗粒级的敏感性

脉冲快热中子活化 (PFTNA) 

用于水泥生产中实时元素分析的工艺控制技术。 

PFTNA 可以持续监测从采石场到窑炉的元素成分，甚至可以用来完美控制添加到低碳水泥熟料中的 SCM。

方法

• 无需进行样品制备，可直接对皮带上的岩石进行全面分析（批量分析）

应用

这种技术对于人工智能和机器学习模型使用的高频分析非常有用，可以优化水泥生产，使其具有正确的性能和最低的碳足迹。它通常用于水泥生产的以下关键阶段：

• 预混合料堆，确保原材料的最佳均匀性
• 生料混合粒，以最低的变化获得正确的生料（LSF 严格控制）
• SCM 添加：确保准确添加熟料，以获得最佳反应性并降低熟料含量（低碳水泥）

总之，这些方法在水泥生产的每个阶段都至关重要：

• 原材料表征：XRF、PFTNA 和 XRD 分析原材料
• 质量控制：XRF、XRD 和激光衍射技术，用于监控生产
• 最终产品质量：XRD 和激光衍射可确保物相组成正确
• 工艺优化：实时分析仪可让您洞察工艺 – PFTNA 和激光衍射分析指南调整。自动化 XRD 和 XRF 提供了强大支持

所有这些技术都优化了水泥生产，同时也降低了制造成本。与诸多好处相比，投资回报期短且拥有成本低。随时联系我们，详细了解我们的仪器如何帮助您提高投资回报率。

受益方面：

世界领先的仪器

一站式分析解决方案组件

无缝集成

全球服务和支持

在选择原材料时，制造商需要保持最低成本，同时确保材料与水泥生产兼容，特别是在使用替代原材料时，这些原材料会在工艺中引入更多变化，稳健的分析有助于监控这些变化以达到所需的规格。除了材料成本之外，还必须考虑材料对工艺效率和可持续发展挑战目标（2050 年净零）的影响。为此，化学成分和矿物成分至关重要。

我们的解决方案通过在自动化情况下进行高频分析，甚至在线使用时提供更高的分析效率，有助于最大限度地减少废料并优化原材料的矿物和化学成分。在采石场和生料混合粒配比过程中，我们的解决方案都可以发挥出这样的作用。通过快速提供测量结果，这些仪器使生产商能够减少采样浪费，并确保稳定的窑进料，以提高剩余过程（预均化和配比）的能源效率并减少二氧化碳排放。

在生料混合粒加工方面，最大限度地提高窑效率是降低能耗、排放和维护要求的重要一环。优化进入窑炉的材料可以帮助实现这一目标：两个主要关注点是监控正确和稳定的混合化学成分，以及获得适当的生料研磨。 

生料混合粒加工中的 X 射线分析方法

稳定的生料成分对于确保窑内一致的热曲线和提供具有正确特性（如抗压强度和凝结时间）的高质量最终产品也是必不可少的。它还会影响能耗、研磨添加剂的使用、耐火材料寿命、添加剂消耗、燃料需求和其他工艺因素。例如，为了避免 Alite C3S 分解为 Belite C2S 和游离氧化钙，窑炉必须达到规定的氧化条件。通过使用 XRF 或在线元素分析（如中子激活交叉带分析仪）控制化学成分，或者通过使用 XRD 控制矿物学，便可实现这种稳定性。

最佳操作要求也适用于细生料混合粒（特别要避免使用特别粗的方解石和石英颗粒）：生料混合粒颗粒必须足够细，才能达到混合和研磨要求而不会发生硬性燃烧。用于颗粒粒度分析的激光衍射可以帮助确保达到这项要求。 

水泥生料混合粒颗粒粒度

还需要最佳的操作要求，以处理精细的生料（避免特别粗的方解石和石英颗粒）。生料混合粒颗粒必须足够精细，以确保它们可以混合并充分研磨，而不会发生硬性燃烧。用于颗粒粒度分析的激光衍射可以帮助确保达到这项要求。 

Mastersizer 将位于实验室中，用于质量控制，而 Insitec 或 Labsizer 将用于工艺控制。 

WROXI 是一种合成高质量的标准参考材料 (CRM) 套装，涵盖了广泛的氧化物材料，如矿石、岩石和地质材料。这种材料有双重用途：既可以用于初级熔融玻璃盘校准，也可以开发二次压制粉末校准。

基于熔片的 WROXI-CRM 基础软件包由 15 种标准参考材料、应用模板和监测样品组成。完成 WROXI-CRM 水泥扩展（9 个额外 CRM）后，它就成为各种原材料、生料、熟料和水泥样品中一次和二次元素分析的现成解决方案。

以生物质、混合燃料或具有较低排放因子的化石废物形式的替代燃料，正在逐步取代资源密集型化石燃料。通过回收燃料废物的热值，这些添加剂燃料有助于减少水泥生产排放。 

但替代燃料必须充分呈现其安全、化学、热和物理特性表征，我们才能评估替代燃料对火焰温度和热交换等参数的影响。

我们的 XRF 元素分析仪（Epsilon 4、Revontium 和 Zetium）、交叉带元素分析仪（CNA Pentos-Cement）、矿物学紧凑型 X 射线衍射仪（Aeris 水泥）和自动熔融样品机（LeNeo、Eagon2 和 FORJ）使这一切变得更加容易。

熟料生产主要依赖高温加工：生料预热、煅烧熟料、熟料冷却、粉碎。如上所述，为了获得适当的水泥性能，必须控制适当的煅烧条件，然后快速淬火熟料。

然后，要注意控制煅烧（游离氧化钙）火候，避免产生不需要的元素，并最大限度地增加正矿物相以实现水泥的目标特性。 

熟料矿物学的 XRD 分析

为了确保钙化得当和应用正确的熟料矿物学，X 射线衍射是最好的分析技术：它可以量化影响强度发展的 C3S 含量和类型、影响新鲜特性的 C3A 含量和类型，以及游离氧化钙和方镁石的量（不应高于目标限值）。Malvern Panalytical 的分析解决方案支持使用 Aeris XRD 紧凑型衍射仪进行这种监测。 

XRF 如何用于熟料生产？

在熟料生产中，XRF 有几个关键用途：

• 原材料比例调整 ：XRF 有助于优化生料的原材料（例如石灰石和粘土）的混合，以确保熟料生产的正确混合。
• 工艺控制 ：在窑中形成熟料的过程中，XRF 通过频繁评估元素含量来监测工艺条件，以确保一致的质量。除了经典元素（钙、铝、铁和硅）之外，不需要的元素（氧化镁、碱、硫、氯）在来自燃料或生料混合粒的内部循环流中受到控制。
• 熟料质保 ：XRF 可以定量分析熟料中与水泥性能特征直接相关的主要元素、次要元素和一些痕量元素。
• 物相组成见解 ：XRF 有助于鉴定熟料相（例如 C3S、C2S、C3A、C4AF）的化学成分，以指导工艺调整和最终水泥性能。

总之，XRF（Epsilon 4、Revontium、Zetium）可提高熟料质量、工艺效率和整体水泥产量。

熟料生产的可持续方法

最后，如上所述，在可持续方法中，制造商不仅以熟料的高质量为目标，而且还希望节约能源和资源并减少排放。 

熟料的高温处理需要在 1450 ℃ 下煅烧，相关能量通常通过在煅烧炉和窑炉主燃烧器烧煤来满足。为了节约能源和减少二氧化碳排放，使用废物和生物质作为替代燃料渐成趋势。_{此外，还会使用替代原材料。} 

但需要控制此类替代燃料或替代原材料的具体用量，避免对熟料反应性产生负面影响。我们的 X 射线解决方案使您能够受益于熟料生产替代解决方案，而不必担心对质量的影响。

水泥的生产方式是将具有不同活性成分 (SCM) 的熟料研磨成细粉，以达到水泥所需的性能。最常见的添加物是石膏和混合材料，例如粉煤灰、矿渣、石灰石、天然火山灰和烧结粘土。这些材料被研磨到所需的细度，并以适当的比例混合，以产生目标结晶水泥相。 

为了减少能源消耗，必须尽量避免过度研磨。成品水泥的粒度会影响水化反应速率，以及所需的水、缓凝剂和分散剂的用量，而且是决定水泥强度的关键因素。我们的颗粒粒度测量解决方案可以帮助实现最佳水泥粒度。由于即使在具有挑战性的加工环境中也能进行快速、实时的分析，我们的解决方案使生产商能够对任何异常情况做出快速反应并监控雄心勃勃的准确目标。通过这种方式，我们的解决方案可辅助实现大幅节能，并且达到最佳的短期和长期水泥强度。更重要的是，生产商可以快速轻松地安装我们的解决方案，最大限度地减少对生产造成的干扰。

监测硫酸盐含量和矿物成分类型（与研磨过程中的脱水有关）对于获得正确的新鲜和硬化水泥性能至关重要。对于混合水泥，需要严格控制成分（包括无定形材料）来满足客户的规格要求和二氧化碳排放目标。_{我们的 X 射线荧光和 X 射线衍射仪器对此有很大帮助。}

混凝土由三种基本成分组成：水、骨料（岩石、沙子或砾石）和水泥。水泥，通常是粉末状，在与水和骨料混合时充当粘合剂。这种组合或混凝土混合物经过浇注，将硬化成我们熟知的耐用材料。

利用拆除结构或道路时留下的骨料正逐渐成为流行的混凝土回收方式。过去，这些碎石都被丢弃在垃圾填埋场。但随着人们日益重视环境问题，混凝土回收逐渐受到追捧，碎石得以重复利用，同时降低建筑成本。

在这两种情况下，主要关注的是混凝土是否符合承诺的可加工性、硬化后的质量（抗冻性、水密性、耐磨性、强度）和使用价格（水量）。

而且，成分和材料尺寸非常重要。我们基于激光或 X 射线的仪器可以提供对此类特性进行高质量检查所需的信息。