Một phần của quá trình sản xuất xi măng chất lượng cao là kiểm soát chất lượng của nguyên liệu thô cũng như các sản phẩm trung gian và thành phẩm. Mẫu tại mỗi giai đoạn sản xuất được lấy, xử lý và phân tích để xác định thành phần hóa học của vật liệu.

Để xác định cacbon và lưu huỳnh nhanh chóng, chính xác và đáng tin cậy các máy phân tích nguyên tố sử dụng công nghệ đốt là một bổ sung hữu ích cho thiết bị phân tích XRF. Với máy phân tích nguyên tố thì ngoài việc giảm kích thước mẫu còn không cần phải chuẩn bị mẫu phân tích. Trái lại phân tích XRF hàm lượng nguyên tố cacbon và lưu huỳnh có thể đo được từ phạm vi ppm lên đến 100% và kết quả thu được trong vòng 60 đến 120 giây. 

Phân tích nguyên tố bằng phương pháp đốt

Tùy thuộc vào ma trận mẫu (ví dụ xi măng hoặc nhiên liệu) có thể sử dụng các máy phân tích nguyên tố khác nhau để xác định hàm lượng cacbon và lưu huỳnh. Các máy phân tích nguyên tố nói chung đốt mẫu trong dòng oxy và đo các khí thoát ra (CO2 và SO2) trong các cell hồng ngoại. Các mẫu vô cơ có hàm lượng cacbon và lưu huỳnh thấp (như xi măng) thường được nung trong lò nung ở nhiệt độ lên đến 2200 ° C. Đầu tiên, kích thước hạt của các mẫu như clinker xi măng, thạch cao, hỗn hợp thô hoặc vôi phải được giảm xuống đến 200 µm hoặc ít hơn bằng các máy nghiền trong phòng thí nghiệm.

Sau đó, một lượng mẫu đại diện nhỏ khoảng 200 mg được lấy và cân trong một chén nung bằng gốm. Tiếp theo, một số chất tăng tốc nóng chảy (1g vonfram và sắt) được thêm vào chén nung. Việc phân tích hoàn toàn hàm lượng cacbon và lưu huỳnh của mẫu cũng chỉ mất khoảng 60 giây. Do hành vi cháy khác nhau, các mẫu hữu cơ ( ví dụ nhiên liệu) không thể xử lý trong lò nung cảm ứng. Nhiên liệu thường được sử dụng trong ngành công nghiệp xi măng (than, than cốc, nhiên liệu thứ cấp) có hàm lượng carbon cao hơn nhiều so với xi măng và chỉ có thể đo được bằng lò điện trở ở nhiệt độ khoảng 1300 ° C. Sau khi giảm kích thước hạt của mẫu nhiên liệu xuống còn khoảng. 200 µm, bằng máy nghiền siêu ly tâm, lấy mẫu đại diện khoảng 500 mg có thể phân tích trực tiếp mà không cần thêm chất tăng tốc nóng chảy. Hàm lượng cacbon và lưu huỳnh xác định được trong vòng 120 giây. Về cơ bản, các nhân viên phòng thí nghiệm quyết định liệu sử dụng máy phân tích nguyên tố có lò cảm ứng hay lò điện trở là thích hợp nhất cho các yêu cầu phân tích. CSTR 2000 của ELTRA là máy phân tích duy nhất trên thị trường kết hợp hai kỹ thuật đốt (công nghệ lò kép Eltra) do đó cực kỳ lý tưởng cho ứng dụng phân tích trong nhà máy xi măng.

Thiết bị phân tích nguyên tố CS-2000 ELTRA cho phép xác định cả cacbon và lưu huỳnh cho cả mẫu vô cơ lẫn hữu cơ.

Ví dụ ứng dụng cho xi măng

Do lượng xi măng sản xuất lớn trên toàn thế giới (hàng trăm triệu tấn) nên rất cần xác định hàm lượng cacbon và lưu huỳnh tin cậy để kiểm soát chất lượng. Ví dụ, nếu hàm lượng lưu huỳnh quá cao, xi măng có thể bị phá hủy do phản ứng hóa học của axit sulfuric. Trong ngành xi măng, hàm lượng carbon thường được chứng nhận là hàm lượng CO2 và hàm lượng lưu huỳnh là hàm lượng SO3. Phần mềm của CS-2000 cung cấp kết quả trong các theo các báo cáo khác nhau (S, SO3, SO4, C, CO2).

Các giá trị phân tích của 10 lần đo xi măng 

% CO2	6,01 +- 0,04
% SO3	2,61 +- 0,04

Cân mẫu phân tích

Ví dụ ứng dụng cho nhiên liệu

Trong quá trình sản xuất xi măng sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau. Hàm lượng lưu huỳnh thoát ra của các nhiên liệu này là một thông số rất quan trọng trong quá trình xử lý khử lưu huỳnh khí đốt. Than thường có hàm lượng lưu huỳnh khá cao lên đến 5%. Các nhiên liệu thứ cấp (như gỗ hoặc sinh khối) có hàm lượng lưu huỳnh thấp chỉ khoảng 0,02%. Lò đốt của CS-2000 có thể phân tích các mẫu như vậy với hàm lượng lưu huỳnh thay đổi lớn một cách chính xác và tin cậy. Với lò điện trở của CS-2000 mẫu gỗ và than được phân tích 10 lần, mỗi mẫu có khối lượng danh nghĩa xấp xỉ 200 mg. Thời gian phân tích khoảng 120 giây và cho mẫu có bị kích thước đã giảm xuống còn 200 µm.

Các giá trị phân tích của 10 lần đo gỗ 

% C	49,86 +- 0,18
% S	0,02 +- 0,001

 

Các giá trị phân tích của 10 lần đo than 

% C	64,42 +- 0,07
% S	0,56 +- 0,002

 Kết luân

            Đảm bảo phân tích cacbon và lưu huỳnh nhanh chóng, chính xác và tin cậy trong xi măng, nhiên liệu và các mẫu phân tích khác máy phân tích nguyên tố dựa trên công nghệ đốt cháy là một bổ sung hữu ích cho phân tích XRF để kiểm soát chất lượng xi măng và các sản phẩm liên quan. Sự kết hợp của lò điện trở và cảm ứng của ELTRA, model CS-2000 là duy nhất trên thị trường, cho phép thực hiện nhiều các ứng dụng xác định C và S trong các mẫu hữu cơ và vô cơ.

Tác giả

Tiến sỹ : Dr. Andre Klostermeier