水泥中化学成分检测方案(波散型XRF)

SHIMADZU ApplicationData SheetMXF-009 波长色散X射线荧光光谱 X射线荧光光谱仪在水泥行业的分析应用Application of XRF Analysis of cement industry 水泥是以石灰石为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，投入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细而成。 水泥的质量主要取决于熟料的质量，优质的熟料应该是有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分，是水泥生产的中心环节之一。硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙，一般范围为62-67%；二氧化硅，一般范围为20-24%；三氧化铝一般范围为 4-7%；三氧化铁一般范围2.5-6%。这四种氧化物通常在熟料中占95%以上，同时含有5%以下的少数氧化物，如氧化镁、硫酐、氧化钛、氧化磷以及碱等。这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。他们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生产的，配比不当，都会直接影响到熟料的质量进而影响到水泥的质量。所以在熟料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算，作出科学合理的配料方案。指导熟料生产。 水泥生产中需要对多种原料和半成品进行分析，以保证最终产品的质量，常见的原材料有石灰石、粘土、石膏、铁矿、矿渣等，生产过程需要对这些原材料及生料、熟料等过程产品进行严格监控，并及时调整配料比，以保证最终产品的质量。因此，水泥生产中需要的分析品种有水泥、生料、熟料、石灰石、粘土、硅质砂岩、石膏、铁矿等，分析元素有氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁、硫酐、二氧化钛、氧化钾、氧化钠以及有害元素氯等。 采用波长色散X荧光光谱分析是首选的分析方法，此方法具有快速、简便、稳定性好等优点。岛津公司的 MXF-2400具有灵敏度高、稳定好等特点，并且不需要消耗气体。以下是岛津分析中心MXF-2400 在水泥行业典型样品的分析应用。 一、水泥分析 1、熔融法：标准的分析方法是采用熔融法，熔融法具有准确度高，不受基体矿物效应和粒度效应的影响等优点，但相对于粉末压片法分析速度较慢，无法满足生产需求。因此，熔融法经常用做定值和仲裁分析，例如：用于对粉末压片分析方法的验证等。在岛津分析中心的 MXF-2400 仪器上，采用 JIS 提供的方法及标样进行了分析试验，分析效果很好，以下工作曲线供参考。 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F邮政编码100020 电话(010)8525-2365传真(010)8525-2327上海上海市淮淮西路570号红坊G栋401-403邮政编编200052 电话(021)2201-3881传真(021)2201-3800广州广州市流花路109号之9达宝广场703-706室邮政编码510010 电话(020)8710-8619传真(020)8710-8698 分析仪器：MXF-2400多道荧光光谱仪 光管：端窗Rh靶 样品形态：玻璃熔片 照射直 管压：40KV 管 元素 分析谱线 晶体 检测器 积分 SiO2 Ka PET 密封气体正 40s CaO Ka LiF 密封气体正 40s Mg Ka TAP 密封气体正 40s Al2 Ka PET 密封气体正 40s Fe2 Ka LiF 密封气体正 40s K2O Ka LiF 密封气体正 40s Na2 Ka L60A 密封气体正 40s 所有元素均采用固定道检测，分析析线为Ka线，分析灵敏度高，使用40kV70mA的光管功率设置可以同时兼顾轻、重元素，并且所有分析元素同时测量，分析速度快。所有元素均使用密封气体检测器，稳定性好。 融片法水泥工作曲线 熔融法水泥分析稳定性(n=20) 元素 SiO， Al2O： Fe2O3 CaO MgO Na2O 平均值 20.81 4.99 4.01 61.64 3.19 0.18 最大值 20.85 5.02 4.02 61.68 3.22 0.19 最小值 20.78 4.97 4.00 61.59 3.14 0.16 标准偏差 0.018 0.01 0.0034 0.020 0.016 0.0036 C.V.(%) 0.086 0.19 0.085 0.032 0.52 2.02 2、压片法：当采用粉末压片法时，必须保证同一类样品建立一条工作曲线，或者说同一牌号的水泥 ( 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部 ) ( 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525-2365 传真(0 1 0)8525-2327 上海 上海市淮海西路570号红坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201- 3 881 传真(0 2 1)2201- 3 800 广州 广州市流花路109号之9达 宝 广场703-706室 邮政编码510010 电话(020)8710-8619 传真(0 2 0)8710-8698 ) 建一条工作曲线，这样才能保证分析的可靠性。采用粉末压片法时，受到基体效应的影响，相对于熔片分析曲线的正确度要差一些，绝对误差也大一些，但完全可以满足生产需要，并且同一试样的稳定性良好。以下是采用 JIS标样，使用粉末压片法建立的工作曲线和稳定性数据。 分析条件 分析仪器：MXF-2400 多道荧光光谱仪 光管：端窗Rh靶 样品形态：粉末压片 照射直径：30mm 管压：40KV 管流：70mA 元素 分析谱线 晶体 检测器 积分时间 SiO2 Ka PET 密封气体正比计数器 40s CaO Ka LiF 密封气体正比计数器 40s MgO Ka TAP 密封气体正比计数器 40s Al2O3 Ka PET 密封气体正比计数器 40s Fe203 Ka LiF 密封气体正比计数器 40s K2O Ka LiF 密封气体正比计数器 40s Na2O Ka L60A 密封气体正比计数器 40s SO： Ka NaCI 密封气体正比计数器 40s CI Ka Ge 密封气体正比计数器 40s 水泥压片法分析稳定性(n=20) 元素 SiO2 AI2O3 Fe203 CaO MgO K2O Na2O SO3 C| 平均值 19.71 4.53 3.84 62.46 3.72 0.49 0.077 3.23 0.0041 最大值 19.76 4.55 3.85 62.49 3.74 0.49 0.080 3.24 0.0043 最小值 19.68 4.53 3.84 62.44 3.71 0.49 0.075 3.22 0.004 R 0.083 0.023 0.010 0.0514 0.031 0.0018 0.0055 0.013 0.0003 标准偏差 0.018 0.0047 0.0023 0.0119 0.0074 0.0004 0.0016 0.0031 0.0001 C.V.(%) 0.091 0.10 0.060 0.0191 0.20 0.090 2.06 0.096 1.31 压片法工作曲线 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525-2365 传真(010)8525-2327上海 上海市淮海西路570号红坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201-3881 传真(021)2201-3800广州广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话(020)8710-8619 传真(020)8710-8698 二、水泥生料 生产硅酸盐水泥的原料，主要采用石灰质原料、粘土质原料、铁质材料，以及用来补充前三种材料中成分不足的其它辅助材料。各种原料按一定的比例配制，并经磨细到一定的细度，混合均匀，制备成“生料”。生料的主要成分为 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。这四种氧化物按一定含量和一定比例进行配比才能保证最终产品---水泥的质量。因此，准确分析生料的化学成分，并按照分析数据合理调节配比是非常重要的。由于生料是各种原材料配制而成，因此，基体结构复杂，给X荧光粉末压片分析带来较大困难，在压片分析中要求生料基体结构基本相似，主要原材料来源相对固定。如果采用熔融法问题会很容易解决，由于其成分与水泥类似(去除烧失量)，采用特殊处理可以与水泥共用一条工作曲线，生料的熔融法在此不再多述。采用类似基体的同一生产厂的水泥生料，应用岛津分析中心的 MXF-2400 仪器进行了粉末压片分析试验，分析曲线的准确度可以满足生产需要，同一试样多次分析的稳定性良好。 分析条件 分析仪器：MXF-2400多道荧光光谱仪 光管：端窗Rh靶 样品形态：粉末压片 照射直径：30mm 管压：40KV 管流：70mA 元素 分析谱线 晶体 检测器 积分时间 SiO2 Ka PET 密封气体正比计数器 40s CaO Ka LiF 密封气体正比计数器 40s MgO Ka TAP 密封气体正比计数器 40s Al2O3 Ka PET 密封气体正比计数器 40s Fe2O3 Ka LiF 密封气体正比计数器 40s 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525-2365 传真(010)8525-2327上海 上海市淮海西路570号红坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201-3881 传真(021)2201-3800广州广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话(020)8710-8619 传真 (020)8710-8698 水泥生料压片法工作曲线 160.0· 140.0 ·120.0· 坚吾险 水泥生料中 SiO2的量线 水泥生料中Al2O3的检量线 水泥生料中Fe2O3的检量线 水泥生料中Cao的检量线 水泥生料中MgO的检量线 生料分析稳定性数据(n=20) 样品 SiO2 Al203 Fe2O： CaO MgO 平均值 13.23 2.38 4.30 43.12 0.44 最大值 13.25 2.38 4.30 43.15 0.444 最小值 13.22 2.37 4.29 43.08 0.431 R 0.0395 0.014 0.012 0.072 0.013 标准偏差 0.0082 0.003 0.0024 0.014 0.0026 C.V.(%) 0.062 0.124 0.056 0.032 0.594 三、水泥熟料 以石灰石和粘土为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。在水泥工业中，最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。硅酸盐水泥熟料加适量石膏共同磨细后，即成硅酸盐水泥。熟料的质量直接影响水泥的质量，因此准确分析水泥熟料是非常必要的，同水泥生料一样，采用熔融法时水泥熟料也可以与水泥共用工作曲线。采用粉末压片法时，必须保证基体相似。由于熟料的化学成分相对比较固定，获得同一牌号系列标样比较困难，在实际工作中需要搜集成分变化较大的试样，准确定值后用作X荧光压片分析的标准样品，这一点 ( 田 岛津企业管理(中国)有限公司 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525-2365 传真(0 1 0)8525-2327 上海 上海市淮海西路570号 红 坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201- 3 881 传真(0 2 1)2201- 3 800 广州 广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话(020)8710-8619 传真 ( 0 20)8710-8698 ) 非常重要。以下是水泥熟料的工作曲线和稳定性数据，工作曲线所用标样采用从生产中选取合适试样，采用可靠的分析方法(如：熔片法)定值后，作为建立工作曲线的标准样品。 分析条件 分析仪器：MXF-2400 多道荧光光谱仪 光管：端窗Rh靶 样品形态：粉末压片 照射直径：30mm 管压：40KV 管流：70mA 元素 分析谱线 晶体 检测器 积分时间 SiO2 Ka PET 密封气体正比计数器 40s CaO Ka LiF 密封气体正比计数器 40s MgO Ka TAP 密封气体正比计数器 40s Al2O3 Ka PET 密封气体正比计数器 40s Fe2O3 Ka LiF 密封气体正比计数器 40s K2O Ka LiF 密封气体正比计数器 40s Na2O Ka TAP 密封气体正比计数器 40s SO： Ka NaCl 密封气体正比计数器 40s CI Ka Ge 密封气体正比计数器 40s 水泥熟料压片法工作曲线 水泥熟料中 SiO2的检量线 水泥熟料中Al2O3的检量线水泥熟料中Fe203的检量线 水泥熟料中CaO的检量线 水泥熟料中 MgO的检量线 ( 大型分析仪器部 ) ( 田 岛津企业管理(中国)有限公司 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F上海 上海市淮海西路570号 红 坊G栋401-403 广州 广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 ) ( 邮政编码100020 电话(010)8525-2365 传真(0 1 0)8525-2327 邮政编编200052 电话(021)2201- 3 881 传真(0 2 1)2201- 3 800 ) 邮政编码5100 10 电话(020)8710-8619 传真(020)8710-8698 熟料分析稳定性数据(n=20) 样品 SiO2 AI2O3 Fe203 CaO MgO 平均值 21.16 4.71 5.78 62.06 4.70 最大值 21.17 4.71 5.79 62.12 4.72 最小值 21.15 4.70 5.78 62.03 4.70 R 0.0236 0.0072 0.0113 0.087 0.020 标准偏差 0.0066 0.0023 0.0028 0.023 0.0065 C.V.(%) 0.0314 0.0478 0.0482 0.0371 0.139 田 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 上海 上海市淮海西路570号红坊G栋401-403 广州广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 ( 邮政编码100020 电话(010)8525-2365 传真(0 1 0)8525-2327 邮政编码200052 电话(021)2201- 3 881 传真(0 2 1)2201- 3 800邮政编码510010 电话(020)8710-8619 传真(0 2 0)8710-8698 )  水泥生产中需要对多种原料和半成品进行分析，以保证最终产品的质量，常见的原材料有石灰石、粘土、石膏、铁矿、矿渣等，生产过程需要对这些原材料及生料、熟料等过程产品进行严格监控，并及时调整配料比，以保证最终产品的质量。 采用波长色散X荧光光谱分析是首选的分析方法，此方法具有快速、简便、稳定性好等优点。岛津公司的MXF-2400具有灵敏度高、稳定好等特点，并且不需要消耗气体。以下是岛津分析中心MXF-2400在水泥行业典型样品的分析应用。