熟料链板秤

导读水泥行业新国标《GB/T 40407-2021 硅酸盐水泥熟料矿相X射线衍射分析方法》今年3月1号正式实施。新国标的最大意义在于国内首次引进了X射线衍射仪（XRD）直接测试水泥熟料中的矿物相含量，来控制水泥质量。岛津公司作为该国标的起草单位之一，这里为您科普该国标的技术背景，传统水泥分析方法的缺陷，XRD分析熟料矿物相的挑战，并展示岛津XRD在水泥熟料测试中的应用。 水泥的主要矿物相组成硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥，是全世界广泛使用的最普通的水泥，使用普硅水泥制造的混凝土是世界上用途最广泛的建筑材料之一。水泥的质量主要取决于熟料的矿物组成和结构。水泥熟料主要矿物相是硅酸盐，还有一些微量的矿物相如游离CaO或硫酸盐等，有时出现一些反应不完全的残留相，如石英SiO2，还有一些添加的用于改善水泥质量与性能的石膏等。 表1 熟料的常见矿物相前四种物相含量的差别是水泥标号的指标[1]。在水泥工业中，快速、稳定和准确地测出水泥熟料矿物组成对于及时调整熟料生产方案，优化水泥熟料矿物组成，有效监控水泥质量等方面有重大意义[2]。 传统的水泥分析方法及其缺陷国内水泥厂，对于熟料中矿物组成的监控，传统方法采用化学分析方法测定各氧化物的成分，测试速度慢；现在大多是通过波长色散荧光（WDXRF）来完成氧化物成分的测试，然后通过Bogue公式[3]计算C3S、C2S、C3A、C4AF含量。 然而，WDXRF只是以元素氧化物的形式换算出含量，其结果并不是水泥中真实的矿物形态。举例来说，使用WDXRF分析水泥，肯定会得到CaO、SiO2等成分。但CaO赋存状态是什么呢？水泥中的C3S、C2S、游离CaO以及石膏，这几种物质都是XRF结果中CaO的来源，也就是说，仅仅得到CaO的总含量是不够的，前述的这几种物质的不同组成都会影响水泥的性能，XRF的结果无法解决这个问题。 Bogue公式 Bogue公式计算出来的物相含量与实际含量相比可能会有很大的差异[4]，如Bogue公式计算C3S含量偏低10%以上是经常出现的问题，因为Bogue公式假设熟料中的四种矿物C3S、C2S、C3A、C4AF是理想的纯化合物、是在热平衡条件下形成的。而热平衡条件在实际的水泥生产过程中并不存在。并且Bogue公式忽略了其它因素的影响，如镁、硫、钾、钠等微量元素的作用、原料的粒度、窑炉气氛及加热过程等等。 一个更合适的例子来自于文献[5]，文章作者将商业熟料在1500℃再次加热一小时，同样元素组成的熟料样品，加热前后衍射图中C3A的衍射峰强度明显不同，这意味着C3A的含量改变了。很显然，Bogue公式无法处理这一状况。 图3 水泥熟料1500℃加热前后C3A衍射峰强度增加[5] XRD直接测试水泥矿物相的挑战国际上大约在1990年前后，开始着手研究使用XRD直接测试水泥的矿物相含量来控制水泥质量。在XRD衍射谱图中，每种物相都有自己特定的衍射花样，实际观察到的谱图是样品中各物相谱图的机械叠加，衍射峰强度和物相含量等因素有关。 不过由于水泥熟料结构和组成复杂，体系内存在同质多晶现象，如C3S存在7种可能的晶型，C2S存在5种可能的晶型，C3A有3种可能的晶型[5]，而且不同矿物的衍射峰在26-40°（2Theta，Cu靶）范围内重叠严重，如C2S主要谱峰均与C3S重叠（图4）；这里为了简要说明问题，图4仅仅只列出了C3S和C2S的各一种晶型，并只画出了较强的衍射峰位置，仅beta-C2S在图4角度范围内就多达134个衍射峰，如果C3S存在多晶型，这个谱图的复杂性可想而知。对于这种严重重叠的谱图，常规的物相定量方法统统无效，必须要使用Rietveld精修来完成水泥熟料的物相定量。图4 水泥熟料中，各物相衍射峰重叠严重 困难解决方法——Rietveld精修H.M.Rietveld于1967年在粉末中子衍射结构分析中，提出了粉末衍射全谱最小二乘拟合结构修正法[6]。1977年，Rietveld方法被引入多晶粉末X射线衍射分析中，开拓了对粉末X射线衍射数据处理根本变革的时代。与传统方法相比，Rietveld方法充分利用了衍射谱图的全部信息，即所谓的“全谱拟合”。经过几十年的发展，Rietveld方法不仅用于结构参数的精修，更拓展到无标样物相定量以及从头解晶体结构等领域。 由于Rietveld精修是利用全谱拟合，远比传统XRD定量方法只利用单个峰来的精确的多，常规XRD方法中分析水泥所遇到的诸多问题，如衍射峰重叠、择优取向、微吸收及纯标样制备难等问题可得到有效的解决。 水泥熟料Rietveld精修结果案例分享这里给出某熟料样品的Rietveld精修结果作为示例，Rietveld精修完成后，由精修软件可以直接读出C3S、C2S、C4AF、C3A等物相的含量。 图5是精修开始前的情况，黑色线是实测谱，红色线是计算谱。Rietveld精修是在假设的晶体结构模型和结构参数的基础上，结合某种峰形函数来计算多晶体衍射的理论谱，逐步调整这些结构参数与峰形参数，使得计算的理论谱与实测谱逐步接近，从而获得结构参数与峰形参数的方法。 图5 Rietveld精修开始前谱图 精修完成后（图6），可以看出，拟合良好，误差线较为平直。 图6 Rietveld精修后谱图 精修完成后，直接从软件中读出各物相含量，根据测得的结果，可知这是高贝利特水泥熟料样品。 表2 水泥熟料中各矿物相的含量结 语使用XRD直接定量测试硅酸盐水泥熟料的矿物相，从而可以进一步建立强度和矿物含量的关系，提升水泥质量的控制水平。准确的测定矿物的组成，不仅可以深入了解原料的性质对熟料形成的影响，还可以确定窑炉气氛以及加热的过程对熟料形成过程的影响。可以预期，随着GB/T 40407-2021的实施，XRD在水泥生产中会发挥越来越重要的作用。 撰稿人：章斌、崔会杰 参考文献[1] 李家驹. Rietveld方法X射线粉末衍射分析报告之一[J]. 现代科学仪器, 2007, No.111(1): 107-108.[2] 王培铭等. 基于Rietveld精修法的水泥熟料物相定量分析[J]. 建筑材料学报, 2015, 18(4): 692-698.[3] Bogue R H. Calculation of the compounds in Portland cement[J]. Industrial & Engineering Chemistry Analytical Edition, 1929, 1(4): 192-197.[4] Stutzman P, et al. Uncertainty in Bogue-calculated phase composition of hydraulic cements[J]. Cement and concrete research, 2014, 61: 40-48.[5] Aranda M A G, et.al. Rietveld quantitative phase analysis of OPC clinkers, cements and hydration products[J]. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2012, 74(1): 169-209.[6] Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures [J]. International Union of Crystallography, 1969, 2(Pt 2): 65-71. *本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

各位专家、委员及相关单位：经中国材料与试验标准化委员会（以下简称：CSTM标准化委员会）审查，CSTM标准化委员会批准以下 CSTM标准立项，特此公告。序号标准名称标准立项号1金属材料 管 压扁-胀形试验方法CSTM LX 0100 01259—20232金属材料 薄板和薄带 非等轴胀形试验方法CSTM LX 0100 01260—20233硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料CSTM LX 0301 01261—20234固废基无熟料、少熟料硅铝质水泥CSTM LX 0301 01262—20235预处理铝灰制备水泥混凝土砌块的技术要求CSTM LX 0324 01263—20236催化裂化催化剂酸性可接近性 指数测定方法CSTM LX 0500 01264—20237民用飞机纳米陶瓷铝合金TiB2颗粒粒径测试方法CSTM LX 6600 01265—20238铝制多层复合钎焊板 氧化膜厚度的测试方法 俄歇电子能谱法CSTM LX 9802 01266—20239粉末冶金钛合金材料CSTM LX 9900 01267—202310增材制造用高温合金粉末CSTM LX 9900 01268—2023如有单位或个人愿意参与该标准项目的工作，请与项目牵头单位联系。请登录CSTM官网http://www.cstm.com.cn/channel/details/3-2-CSTMgonggao?page=1查看立项公告通知。CSTM标准委员会秘书处联系方式联系人：陈鸣，罗倩华 办公电话：010-62187521手机：13011072266，13611338417 邮箱：chenming@ncschina.com, luoqianhua@ncschina.com通讯地址：北京市海淀区高梁桥斜街13号钢研集团新材料大楼1020邮编：100081 CSTM标准化委员会

由江苏省硅酸盐学会水泥专业委员会、工业岩石物化测试专业委员会联合主办，南京工业大学、赛默飞世尔科技承办的&ldquo 水泥质量控制及在线检测技术应用研讨会&rdquo 于2010年12月9日-10日在南京工业大学举行，本次大会旨在帮助水泥生产企业提高水泥生产过程中应用X射线荧光光谱（XRF）分析原材料、生料以及熟料成分的准确性和稳定性，解决企业在水泥质量控制中使用X射线荧光光谱技术遇到的疑点、难点问题，探讨研究水泥质量控制中的一些新技术、新方法，介绍X射线衍射（XRD）在水泥质量控制的作用及应用情况，了解水泥基础研究的最新成果，40余位专家学者参与此次会议。会议由江苏省硅酸盐学会水泥专业委员会主任，江苏建材产品质量检验站王涛先生主持，王涛先生首先对大家积极参与本次会议表示欢迎，对南京工业大学和赛默飞世尔科技的大力支持与辛勤工作表示感谢。江苏省硅酸盐学会水泥专业委员会主任，江苏建材产品质量检验站王涛先生江苏省硅酸盐学会工艺岩石物化测试专业委员会主任，南京工业大学吕忆农教授为大家带来题为&ldquo X射线分析在水泥质量控制中的重要作用&rdquo 的报告，国家水泥基础研究&ldquo 973计划&rdquo 首席科学家，南京工业大学沈晓冬教授为大家介绍了&ldquo 水泥材料研究及节能减排&rdquo 的报告，从宏观角度为大家分享了X射线分析对于水泥行业质量控制和节能减排的重大作用，也同大家分享了X射线分析在水泥行业中的应用经验。硅酸盐学会工艺岩石物化测试专业委员会主任，南京工业大学吕忆农教授南京工业大学沈晓冬教授赛默飞世尔科技XRF应用工程师张星先生的报告为&ldquo X射线分析技术在现代水泥工业中的应用&rdquo ，报告中首先同大家回顾了水泥生产从采石场到生料、熟料再到最终产品的整个生产流程中需要检测的元素成分，接下来对水泥生产的各个阶段进行展开，详细介绍了XRF能够在原材料、生料、熟料和水泥中进行连续而灵活的元素分析，还可以用于添加物及替代性燃料分析；XRD作为XRF元素分析的补充，用于物相分析，比如：水泥生产过程中监测热料的锻烧程度，熟料中的游离CaO、C3S、C2S等物相含量，以及水泥中的填加物和石膏的物相含量分析等。X射线分析技术可以帮助我们实现材料配比的控制，进而实现生产中节能减排、控制成本的目的。张星先生随后又为大家介绍了&ldquo XRF-XRD工作站在水泥分析中的应用&rdquo ，赛默飞世尔科技针对水泥行业XRF分析和日趋重要的XRD分析的需求，充分结合了Thermo Scientific在X射线分析领域独有的分析技术，推出了独一无二的 Thermo Scientific ARL 9900 工作站，可以在同一台仪器上同时实现XRF全分析和XRD全分析，整个分析只需一块样品，无需在XRF和XRD间来回切换样品，为您节省了宝贵的分析时间，同时也为您节省更多的空间与购置成本。赛默飞世尔科技XRF应用工程师张星先生最后，南京工业大学陈悦老师介绍了&ldquo X射线荧光分析（XRF）在水泥质量控制中的应用&rdquo ，系统讲解了XRF分析的常见应用与详细的操作。南京工业大学潘志刚博士同大家分享了&ldquo X射线衍射技术（XRD）技术与水泥物相检测&rdquo ，共享了XRD在水泥行业的应用与定量分析方法。南京工业大学陈悦老师南京工业大学潘志刚博士10日上午，与会全体代表在会后，共同参观了南京工业大学现代分析中心。感谢您长期以来对赛默飞世尔科技优质产品和服务的支持与信任。如想了解赛默飞世尔科技水泥分析产品更多信息, 可打电话：800-810-5118，400-650-5118，发邮件至sales.china@thermofisher.com ,或浏览我们的网站www.thermo.com.cn/cement关于Thermo Fisher Scientific（赛默飞世尔科技）赛默飞世尔科技 （Thermo Fisher Scientific)（纽约证交所代码：TMO）是全球科学服务领域的领导者，致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年销售额超过100亿美元，拥有员工约3万5千人，在全球范围内服务超过35万家客户。主要客户类型包括：医药和生物公司，医院和临床诊断实验室，大学、科研院所和政府机构，以及环境与工业过程控制装备制造商等。公司借助于Thermo Scientific和Fisher Scientific这两个主要的品牌，帮助客户解决在分析化学领域所遇到的从常规测试到复杂研发的各种挑战。Thermo Scientific能够为客户提供一整套包括高端分析仪器、实验室装备、软件、服务、耗材和试剂在内的实验室综合解决方案。Fisher Scientific为卫生保健、科学研究、安全和教育领域的客户提供一系列实验室装备、化学药品及其他用品和服务。赛默飞世尔科技将努力为客户提供最为便捷的采购方案，为科学研究的飞速发展不断改进工艺技术，提升客户价值，帮助股东提高收益，为员工创造良好的发展空间。更多信息，请浏览公司网站：www.thermofisher.com （英文） 或www.thermo.com.cn （中文），www.fishersci.com.cn（中文） 。