水泥中粒度检测方案(激光粒度仪)

通过麦奇克激光粒度仪 S3500 测量水泥颗粒大小 硅酸盐水泥的生产依赖多个因素，包括原材料化学组成，烧结温度和颗粒大小。本文关注的是颗粒大小的测量，因为它可以影响研磨过程的效率和最终产品的质量。虽然自动过程控制在不断地发展，全球许多工厂仍在手动控制研磨和通过布赖恩(Blaine)空气透过法，瓦格纳(Wagner)相沉积法和筛分粒度技术。Blaine 和 Wagner数据通常是和表面积有关，它们是细度的一个指标，而筛分数据提供的是颗粒分布粗糙度的信息。这些方法都不能实时测量，因此会使后续的生产延后。麦奇克颗粒大小分析仪已经使用20多年，可以缩短颗粒测量和颗粒大小不符而对生产过程干预的时间，从而达到质量控制的目的。 生产过程 原料磨 原料磨(通常是辊磨机)降低原材料混合物(石灰石)的颗粒大小，包括黏土，页岩，高炉矿渣，添加硅，氧化铝，铁，氧化镁和硫。全球范围内，混合物会受当地原材料的组成不同而受影响。研磨可以是湿的也可以是干的，在将混合物泵送到烧窑去之前，给麦奇克提供了第一个测量机会。从原料磨得到的混合物，通常使用的颗粒数据是以通过50目筛子的百分比给出的。这次颗粒大小筛选等效于300um，在麦奇克分析仪测量范围内。混合颗粒的大小很重要，因为这些材料将直接送到烧窑去干燥(对湿磨而言)，然后形成熟料。干燥是一个高能消耗过程，因此比较费钱。小颗粒干燥比大颗粒要快，速率大小差不多和颗粒大小成反比。同时颗粒大小会影响原材料混合物的均一性，从而影 响熟料的形成。因此，在原料磨中的颗粒大小将会影响后期加工的效率，譬如烧窑中的干燥，最终影响水泥的质量。 烧窑 在烧窑中，从原料磨出来的均一的混合物温度被升至1600摄氏度，然后会形成一种稍微硬的但在精磨中很容易破碎的材料。从烧窑中得到的这个熟料产品是一种化学均一的，物理性能稳定的材料，可用于储存，运输和最后精磨得到终端产品。 精磨 熟料运输到精磨机中，添加石膏(硫酸钙)后进行最后的产品研磨。精磨的目的是降低熟料的颗粒大小，这和早期的凝结，以及最终硅酸盐水泥的强度性质有关。熟料颗粒大小直接影响需要凝结和固化特性的化学反应的热动力学。水泥颗粒过细反应过快会导致热量扩散和水泥/混凝土膨胀。当冷却时，混凝土就会变得不稳定，开裂或缺乏强度。如果水泥颗粒过大，化学热量就会不够充分，反应不够完全，导致强度下降。 除此之外，许多实验用于研究硅酸盐水泥颗粒大小分布和水化、硬化浆体强度特性之间的关系。在特定限制中，水和水泥固定比例，中值粒径的减少会增加水化率，因此提高早期性质，譬如早期高的强度。通常颗粒测量包括筛子测量(需要大约90%粒径小于325目)， Blaine测量(需要值4000 cm2/gm)和Wagner 经验表面积(通常值为 2000cm2/gm)。对实时控制而言， Wagner测量太慢，但因为它比 Blaine 更加灵敏，所以用于每天校准最终的 Blaine 细度值。 S3500 的颗粒大小分布 麦奇克 S3500符合ISO13320标准，包括不同湿法和干法分析两个模块。样品运输控制器(SDC)可供水或其他有机溶剂测量。根据需要可以更改为Turbotrac干粉分散模块。两种模式操作都是完全电脑软件控制的，提供简单的操作，不需要太多技术水平。而且， Turbotrac 提供一个One-Shot 配件做很小量样品测试。 S3500 包括拥有技术专利的三激光(固态二极管)技术来照射颗粒，散射光在0.02-163度间检测。这允许20nm-2000um 全程测量。一个可选的镜头甚至可测量2860um的颗粒。系统使用麦奇克 FLEX直观的软件执行米氏散射理论计算样品的颗粒大小分布。同时还有数据模拟，颗粒大小分布3D视觉，测量统计，趋势分析和数据的高分分(128个通道的数据)，平均体积，数量和面积分布，很容易建立 SOPs。 使用麦奇克 S3500颗粒大小测量 选择3个不同品牌的水泥测量颗粒大小，使用的是麦奇克 S3500 湿法和Turbotrac 干法模式测量。重复性，再现性和湿法/干法粉末数据在图形和数值上进行了比较。 湿法模式 对于 SDC 湿法测量，自动加入分散介质，对水泥而言可以是水或有机溶剂(异丙醇)取决于客户的需求。转化为有机溶剂不需要更换任何管路，因为系统含有不锈钢，玻璃样品池和聚四氟乙烯组件。测量前，做一次空白测量。水泥粉 末颗粒加到 SDC 中后开始测量。样品一次加入的重复性请见上图(其中一个品牌的水泥)。这个实验测试仪器在相同循环系统中对同一数据的重复性好坏。 从图可以很清楚也很肯定的看出麦奇克 S3500 仪器提供无气泡，高度重复性的测量。同时通过从同一袋样品中取样多次加样到 SDC 中测量重现性。可接受的RSD%值(测量的标准偏差/平均值)是3%，而国际方法是10%。3个品牌样品的2次进样重现性如下表所示。 Brand Parameter Mean (um) Standarddeviation RSD% Brand A D10 8.75 0.05 0.516 D50 38.55 0.19 0.503 D90 134.2 1.6 1.17 Brand B D10 7.07 0.09 1.21 D50 27.77 0.23 0.811 D90 77.88 0.29 0.369 Brand C D10 6.84 0.08 1.10 D50 28.30 0.19 0.663 D90 81.60 0.95 1.16 可以看到3个样品的重现性都很好， RSD 值都低于上限值。同时，很有趣的是3个样品的中位值(50%)之间有30%的偏差，说明这些材料是在不同条件下生产的，因此也不能符合硅酸盐水泥生产的质量标准。但不管怎么说， S3500清楚地给出了3个产品的颗粒大小分布。 用 Turbotrac 干法测量模式 用麦奇克S3500的Turbotrac 模块干法测量。样品通过空气管路到达光路部分，提供的空气和真空导致水泥粉磨形成羽毛状。在光学部分，雾化粉末和激光束相互作用后发生继光散射(衍射检测)。 Turbotrac 测量和清理都是自动化 的，软件上只需要点以下就可以激活自动空白测量，接着是着给定 SOP 下的测量。B水泥的测量方法参数是： 空气压力=30psi；折光系数=1.60 B品牌水泥三次不同测量的图和统计数据进行了比较。 上面是三个水泥样品通过麦奇克 S3500的 Turbotrac 测量的比较图。A和C品牌很相似，但B品牌的分布却不同。B品牌含有一部分是大于45um粗颗粒。 通常，还会存在麦奇克数据和 Blaine， Wagner 和细度测试之间的比较问题。下图的数据显示了这些测量和麦奇克数据之间的线性相关性。注意麦奇克 CS值(计算的比表面，单位 M2/CC)已经转化为水泥的标准单位 cm2/gm，通过乘104，然后除水泥的密度(3.15 gm/cc)。这些相关性可以很容易的将麦奇克数据转化为 Blaine ， Wagner。 硅酸盐水泥的生产依赖多个因素，包括原材料化学组成，烧结温度和颗粒大小。麦奇克颗粒大小分析仪已经使用20多年，可以缩短颗粒测量和颗粒大小不符而对生产过程干预的时间，从而达到质量控制的目的。