Нпп. Задача исследования контроль технологических процессов при производстве строительных материалов

• Название: Задача исследования контроль технологических процессов при производстве строительных материалов
• Дата: 24.09.2022
• Размер: 2.32 Mb.
• Имя файла: 10_cements.pdf
• Тип: Задача; #694001

НАУЧНЫЕ ПРИБОРЫ
Рентгенофазовый анализ образцов клинкера и цементов
на дифрактометре ДИФРЕЙ
Задача исследования: контроль технологических процессов при производстве строительных материалов.
Условия съемки: Настольныйдифрактометр ДИФРЕЙ-401, схема Брегга-Брентано, изогнутый позиционно-чувствительный детектор, анод Cr k
α
, угловой диапазон 2θ
Cr
30-70 град, экспозиция 1200 сек.
Образец готовился стандартным для рентгенофазвого анализа способом, перетирался до крупности частиц не более 40 мкм и запрессовывался в кювету. Съемка проводилась с внешним стандартом (Al
2
O
3
).
Введение. В настоящее время в цементной промышленности основные модульные и фазовые характеристики клинкера являются расчетными величинами, определяемыми исходя из его химического состава. Расчетные методы определения фазового состава клинкера не позволяют определить его фактический минералогический состав, что часто приводит к отклонениям, обусловленным образованием твердых растворов примесных оксидов в клинкерных минералах, наличием в клинкере стеклофазы.
Поэтому, большое распространение для анализа фазового состава клинкера и цементов получил рентгенофазовый метод анализа (РФА). В РФА наиболее часто используют метод калибровок и реже бескалибровочный метод Ритвельда.
Для проведения количественного РФА использовалась калибровка, сделанная по образцам СОП клинкеров ЗАО «Метахим», которые аттестованы по хим. составу. Кроме того, эти образцы были аттестованы по фазовому составу бескалибровочным методом Ритвельда на дифрактометре STOE, модель
STADI P, на кафедре кристаллографии СПбГУ (таблица 1).
Таблица 1. Рассчитанные методом Ритвельда параметры цементного клинкера (вес. %)
Фазы
Формула
Новые пробы
(2010)
# ICSD kl1 kl3 kl4 kl10 kl13
Алит C
3
S (M1)
Ca
3
SiO
5 57.5 55.8 67.4 44.5 62.0
54.1*
59.7
71.2
45.9
57.9
Белит C
2
S 
Ca
2
SiO
4 23.1 16.5 13.3 37.6 14.3
#963
15.3*
11.4
5.1
27.0
16.6
Алюминат C
3
A
Ca
3
Al
2
O
6 3.2 8.9 5.3 5.7 7.2
#1841
6.1
6.4
6.3
8.4
8.1
Браунмиллерит
Ca
2
AlFeO
5 7.6 15.4 17.8 8.9 12.8
C
4
AF
#9197
11.5
15.4
12.7
11.6
10.9
Периклаз
MgO
0.2 3.4 0.3 3.2 3.6
#44927
<1.5
<3.5
<1.4
<4.0
<6.5
Портландит
Ca(OH)
2 8.4
-
-
-
-
#64950
Факторы несоответствия:
Rp, %
8.48 6.09 6.85 9.03 6.29
Rwp, %
11.2 7.88 9.12 11.4 8.26

2 3.49 2.18 4.13 2.38 4.01

Примечание: Верхняя строчка – фазовый состав по результатам рентгеновского исследования, нижняя – по данным
химического анализа.
Желтым цветом выделены фазы, для которых расчет и эксперимент дает расхождение больше 5.1%
*
По формулам Богга доля C
3
S равна 80.0%, а C
2
S равна –4.2%, однако, расчеты не учитывают CaO, находящийся в виде портландита. В таблице приведены результаты с учетом соответствующего пересчета.
42 44 46 48 50 52 0
2000 4000
C
3
S/C
2
S = 3.4
C
3
S/C
2
S = 2.5 2

Cr
ka
, grad
I, imp клинкер СОП 1
клинкер СОП 3
C
2
S
C
4
AF
C
3
A
C
3
S
C
3
S+C
2
S
C
3
S+C
2
S
C
3
S
C
3
S
42 44 46 48 50 52 0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 2

Cr
ka
, grad
C
3
S/C
2
S = 5.1
C
3
S/C
2
S = 1.2
C
3
S/C
2
S = 4.3
I, imp
СОП 13
СОП 10
СОП 4
Рис.1 Фрагмент дифрактограмм образцов клинкеров цементного завода «Метахим»

Результаты анализа
Обзорные дифрактограммы исследуемых образцов и СОПов ЗАО «Метахим» представлены на рис.1 -3.Из рис. 2-3 видно, что система многофазная, линии фаз перекрывают друг друга.
30 40 50 60 70 0
2000 4000 6000 8000
I, imp цемент Л кГСО
2

Cr
ka
, grad
Рис.2. Обзорная дифрактограмма образца Цемент кГСО
42 44 46 48 50 52 0
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
C
2
S
C
4
AF
C
3
A
C
3
S
C
3
S+C
2
S
C
3
S+C
2
S
C
3
S
C
3
S
I, imp цемент кГСО
цемент ЛИСИ
2

Cr
ka
, grad
Рис.3. Фрагмент дифрактограмм образцов «Цемент кГСО» и «цемент ЛИСИ»

АО «Научные приборы»
190103, Санкт-Петербург, Рижский пр., 26, тел.: [phone], факс: [phone], e-mail: [e-mail], http://www.sinstr.ru
Метод калибровок является более простой и удобной альтернативой методу Ритвельда, особенно в условиях заводских лабораторий (таблица 2).
Таблица 2. Рассчитанные методом калибровок параметры образцов цемента (вес. %)
Фазы
Формула
Цемент ЛИСИ кГСО
Алит C
3
S (M1)
Ca
3
SiO
5 73 69
Белит C
2
S 
Ca
2
SiO
4 15 13,7
Алюминат C
3
A
Ca
3
Al
2
O
6 3,1 8
Браунмиллерит C
4
AF
Ca
2
AlFeO
5 8,1 15,7
Выводы:
Таким образом, показана возможность применения дифрактометра Дифрей и метода РФА (в любой его модификации) для решения задач оперативного технологического контроля качества клинкера.
Внедрение комплекса «Дифрей» в заводских лабораториях не вызывает больших затруднений: настольное исполнение дифрактометра не требует особого помещения и регистрации в органах СЭС. Кроме того, пробоподготовка для РФА достаточно проста, основное требование – проба должна быть однородна и измельчена до крупности менее 40 мкм (это стандартные требования, как к рентгенофазовому, так и рентгенофлуоресцентному анализу).