硅酸盐水泥中微区分析检测方案(电子探针)

SSL-CA14-916Excellence in Science Excellence in ScienceEPMA-021 电子探针在硅酸盐水泥中的应用一例 EPMA-021 摘要：硅酸盐水泥是应用最广泛和研究最多的建筑材料之一。本文使用岛津 EPMA-1720 型电子探针对某水泥样品进行了测试，利用背散射电子像可直观的观察到几种衬度明显不同的颗粒相，对几种典型的颗粒进行成分定性及定量测试，结果表明相应颗粒分别为石膏、硅酸二钙及硅酸三钙。类似工作可拓展用于水泥行业基础研究工作。 关键词：水泥颗粒相微区分析EPMA 盐水泥是应用最广泛和研究最多的，我国水泥产量的90%左右属于硅酸盐系列水泥。所谓硅酸盐水泥是指以黏土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以硅酸钙为主要成分的熟料，加入0~5%的混合材料(石灰石或粒化高炉矿渣)和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，国际上统称为波特兰水泥。 I实验部分 1.1仪器 岛津EPMA-1720 电子探针显微分析仪 1.2分析条件 加速电压：15kV 束流：形貌观察 20nA、定性分析200nA、定量分析20nA 测试时间：定性分析3min、定量分析10s 强度单位： Counts 1.3样品处理 取适量水泥粉末用环氧树脂镶嵌，经不同粒度砂纸磨至1200目后，依次使用9um、6um 和 3um等不同粒径的金刚石悬浮液抛光，最后使用0.5um 粒径AlzOs抛光液终抛。干燥后喷镀碳膜，上机测试。 l结果与讨论 如图1所示，在背散射电子像下，可直观的观察到3种衬度明显不同的颗粒。背散射电子像衬度与平均原子序数正相关，平均原子序数越大，亮度越高，据此可知，颗粒1的平均原子序数要小于颗粒2，而颗粒2的平均原子序数小于颗粒 3。 图1水泥样品背散射电子像(150X) 分别对图1中标示为1、2、3的颗粒进行定性分析，定性谱图如图2所示，半定量结果汇总于表1. 图2三种颗粒相定性谱图比对 表1三种颗粒相半定量结果一览 (mass%) Na Mg Al Si K Ca Ti Fe 颗粒1 75.96 - 0.08 23.84 - - 0.11 颗粒2 58.96 - - 18.85 - 22.19 颗粒3 56.97 0.07 0.47 0.36 7.76 0.05 34.23 0.10 0.39 由图2定性谱图及表1半定量结果可知，颗粒1、颗粒2、颗粒3元素组成明显不同，颗粒1主元素为 Si、0，颗粒2由元素 Ca、S和O组成，而颗粒3主元素为 Si、 Ca及O，并含有微量 Na、Mg、Al、K、Fe等元素。 在背散射电子像下，寻找与图1中颗粒2衬度、形态相近的其其它粒，并进行定量分析，测试位置如图3所示，定量结果列于表2(mass%))及表3(mol%)o 图3与颗粒2衬度相同的其它颗粒 表2与颗粒2衬度相同的其它颗粒定量测试结果(mass%) SO： CaO Total positionl 58.01 39.59 97.60 position2. 55.29 39.03 94.32 position3. 56.04 38.51 94.55 表3与颗粒2衬度相同的颗粒定量测试结果(mol%) SO： CaO Total position1 50.48 49.52 100 position2. 49.81 50.19 100 position3. 50.65 49.35 100 由表3定量结果可知， CaO 与 SO的摩尔比基本为1：1，且由定性结果((见图2及表1)可知，除S、Ca、0元素外并不含其它元素，因此，基本可断定该类颗粒为石膏 (CaSO4)；表2的定量结果总量介于94~98%，不足100%，这应该是由于制样过程中进行磨、抛，石膏颗粒吸水造成的，亦即余量为Hz0；至于三个颗粒定量结果之间存在的些微差异，应是颗粒表面疏松、裂纹等表面状态不同导致的。 对图1中标记为3的同类颗粒进一步观察发现，该类颗粒是由a、b两种不同衬度的颗粒混杂而成，如图4中标示。 COMPO x690 图4背散射电子像 (690x) 分别对图4中a、b两个颗粒进行定量测试，测试结果列于表44 (mass%) 及表5(mol%))。 表4颗粒a、b定量测试结果(mass%) NaO MgO Al203 SiO， K20 CaO TiO， FeO Total 颗粒a 0.084 0.718 0.914 22.606 0.136 61.898 0.128 0.725 87.209 颗粒b 0.151 0.566 1.199 29.002 0.865 53.838 0.199 0.811 86.63 表5颗粒a、b定量测试结果(mol%) NaO MgO Al203 SiO， K2O CaO TiOz FeO Total 颗粒a 0.089 1.171 0.589 24.732 0.095 72.555 0.105 0.664 87.209 颗粒b 0.163 0.940 0.787 32.310 0.614 64.263 0.167 0.756 86.63 由表5定量结果可知，颗粒 a 的Sioz 与 CaO 的摩尔比近似为1：3，而颗粒b的 Sioz 与 CaO 的摩尔比近似为1：2，据此可推断，颗粒a应为水泥熟料中的硅酸三钙 (3CaO.SiO)、颗粒b应为水泥熟料中的硅酸二钙 (2 CaO. SiO)；表4的定量结果总量不足100%，这应该是由于制样过程中进行磨、抛，熟料颗粒吸水后发生水化造成的，亦即余量应为 H，O。 结论 本文使用岛津EPMA-1720 型电子探针对某水泥样品进行了测试，利用背散射电子像可直观的观察到几种衬度明显不同的颗粒相，对几种典型的颗粒进行成分定性及定量测试，结果表明相应颗粒分别为石膏、硅酸二钙及硅酸三钙。类似工作可拓展用于水泥行业基础研究工作。 岛津企业管理(中国)有限公司分析中心 上海市徐汇区宜州路180号B2栋 咨询电话：021-34193996 http：//www.shimadzu.com.cn Building B2， No.180 Yizhou Road， Shanghai Hotline：021-34193996 硅酸盐水泥是应用最广泛和研究最多的建筑材料之一。本文使用岛津EPMA-1720型电子探针对某水泥样品进行了测试，利用背散射电子像可直观的观察到几种衬度明显不同的颗粒相，对几种典型的颗粒进行成分定性及定量测试，结果表明相应颗粒分别为石膏、硅酸二钙及硅酸三钙。类似工作可拓展用于水泥行业基础研究工作。