ARL9800熒光分析儀在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用
2005-10-12 00:00
目前，有部分已引進(jìn)X熒光分析儀的水泥企業(yè)，仍然采用GB/T176-1996的化學(xué)分析方法測(cè)定水泥的SO3和MgO，這種方法操作繁瑣，分析時(shí)間長(zhǎng)。不利于出磨水泥配方的及時(shí)調(diào)整。而采用壓片法制樣，并用X熒光分析儀測(cè)定水泥中SO3、MgO的含量，能快速取得可靠的分析結(jié)果，及時(shí)為生產(chǎn)提供正確的控制指引，保障了出磨水泥的質(zhì)量。
廣東廣信青洲水泥有限公司在2004年10月新引進(jìn)了美國熱電公司型號(hào)為：ARL9800 OASIS 的熒光分析儀后，很快開發(fā)了：石灰石、生料、熟料、水泥等10種物料的分析標(biāo)準(zhǔn)曲線。為生產(chǎn)質(zhì)量控制快速提供準(zhǔn)確、可靠的質(zhì)量數(shù)據(jù)。而壓片X熒光分析法測(cè)定水泥中的SO3、MgO，為水泥出廠前的質(zhì)量把好最后一關(guān)，顯得尤其重要。
1 X熒光分析的測(cè)定原理
物質(zhì)（樣品）是由各種元素組成，而元素由原子和一定數(shù)目的核外電子構(gòu)成。不同元素原子具有的核外電子數(shù)目不同，即具有不同的原子結(jié)構(gòu)。
當(dāng)待測(cè)樣品受到高能X射線（源射線：稱一次X射線）的照射，激發(fā)各元素的原子核外電子運(yùn)動(dòng)、同時(shí)產(chǎn)生具有元素本身特征的X射線（稱二次X射線），這種由光引至發(fā)光，叫熒光(1)。不同元素產(chǎn)生的二次X射線的強(qiáng)度和波長(zhǎng)各不相同，ARL9800 OASIS X熒光分析儀就是利用這種具有元素本身特征的X射線進(jìn)行定性和定量分析。
在已確定一組已標(biāo)定元素化學(xué)濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣后，經(jīng)分析儀檢測(cè)其元素X熒光強(qiáng)度，能建立一種線性關(guān)系，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
C = A0 + A1×I
式中 C：元素化學(xué)濃度
I：元素的X熒光強(qiáng)度
A0：線性在Y軸的截距
A1：線性的斜率
2試驗(yàn)部分
2.1水泥標(biāo)準(zhǔn)樣的配制與定值
采用我司用于生產(chǎn)水泥用的代表性好的熟料、石膏、廢渣、石灰石，分別經(jīng)破碎、干燥、混合、研磨、過篩備用；然后按我司所生產(chǎn)的水泥品種所需的水泥配方進(jìn)行調(diào)配標(biāo)準(zhǔn)樣，共10至12個(gè)，水泥標(biāo)準(zhǔn)曲線主要用于監(jiān)控SO3、MgO，配制時(shí)用不同石膏摻入量，使配好的水泥標(biāo)準(zhǔn)樣SO3濃度呈現(xiàn)一定梯度遞增；因水泥的SO3、MgO都是國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，并使配好的標(biāo)準(zhǔn)樣SO3、MgO的濃度覆蓋國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)值。
標(biāo)樣配制好后，用化學(xué)分析方法對(duì)其元素含量進(jìn)行準(zhǔn)確的定值。下表-1是配制水泥標(biāo)樣所用材料的成分組成；表-2為配制好的10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣的SO3、MgO含量。
2.2 壓片法制樣方法
2.2.1 助磨劑和粘結(jié)劑
研磨樣時(shí)加入助磨劑目的是發(fā)揮助磨作用,并使物料研磨后不粘磨。加入粘結(jié)劑，是使粉狀物料與粘結(jié)劑經(jīng)研磨均勻后，壓制出有較好的粘結(jié)性并具一定的強(qiáng)度樣品壓片，使壓片送進(jìn)熒光儀真空室檢測(cè)時(shí)，不會(huì)松散脫落,避免污染熒光分析儀及影響分析結(jié)果。經(jīng)試驗(yàn)后，選用YB劑作為助磨劑、 起粘結(jié)作用的JQ作為粘結(jié)劑。
2.2.2 試樣的稱樣量
為使壓好的水泥樣具一定的厚度,并大于2.5mm，才使檢測(cè)的結(jié)果重現(xiàn)性好。根據(jù)物料的比重確定的稱樣量，比重大的，體積相對(duì)較??；由水泥的比重經(jīng)試驗(yàn)后得出，稱水泥樣12.5克加2.5克JQ粘結(jié)劑已能滿足到壓片的厚度。
2.2.3研磨時(shí)間的確定
為使壓好的水泥樣顆粒保持在小于60μm以下，以便于消除顆粒過粗引至的顆粒效應(yīng)(2)而導(dǎo)至的分析誤差, 經(jīng)試驗(yàn)后得出，加入3~5滴助磨劑后，水泥樣研磨180S時(shí)所含的SO3 、MgO其X熒光強(qiáng)度已能發(fā)揮至最大，并隨研磨時(shí)間的延長(zhǎng)其X熒光強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，應(yīng)用于生產(chǎn)控制為了既省時(shí)又節(jié)約電能，所以水泥樣研磨時(shí)間定為180秒已足夠。
2.2.4壓片時(shí)使用的壓力及保壓時(shí)間
經(jīng)用5t、10t、15t、20t、25t的壓力試樣進(jìn)行壓片，及保持壓力20S 進(jìn)行試驗(yàn)，得到用10 t壓力保持壓力20S時(shí)的水泥壓片表面光滑，而且測(cè)量的SO3 、MgO 的X熒光強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定，所以樣品壓片時(shí)采用20t壓力，并保壓20秒。
2.3分析儀的工作條件：電壓選用30KV, 電流選用20mA。分析室溫度控制22±2℃。
2.4樣品檢測(cè)時(shí)間經(jīng)試驗(yàn)后選定60S，已能夠滿足檢測(cè)的速度又能獲得較穩(wěn)定的X熒光強(qiáng)度。
3水泥分析曲線的建立
3.1 將備好的10個(gè)水泥標(biāo)準(zhǔn)樣，用上述的制樣方法將標(biāo)準(zhǔn)樣壓片好.用ARL9800 熒光分析儀分別對(duì)S 、Mg的X熒光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。
3.2 分別對(duì)S 、Mg濃度與強(qiáng)度建立的曲線進(jìn)行回歸分析，獲得S 、Mg線性較好的分析曲線，分別為Cs = 0.08680 + 0.32996×Is、 CMg = 0.22862 + 1.05048×IMg。
4分析儀的穩(wěn)定性測(cè)試
ARL9800 OASIS分析儀的穩(wěn)定性測(cè)試，如對(duì)同一樣品連測(cè)11次以上，其標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過0.10, 說明儀器狀態(tài)較穩(wěn)定，檢測(cè)結(jié)果重現(xiàn)好，值得信賴。表-4數(shù)據(jù)是用ARL9800熒光儀對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)樣C05進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)11次的結(jié)果。其標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.10，說明儀器檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，重現(xiàn)性很好。
5 應(yīng)用
5.1用于與質(zhì)檢機(jī)構(gòu)水泥樣品SO3 、MgO的對(duì)比分析檢驗(yàn)。以下為不同品種水泥壓片法制樣的X熒光檢測(cè)與化學(xué)分析檢測(cè)結(jié)果對(duì)比,誤差均在允許誤差范圍內(nèi)。見下表-5：
由表-4，表-5看出，因?yàn)闊晒鈨x的穩(wěn)定性較好，使得用其檢測(cè)樣品的結(jié)果亦相當(dāng)穩(wěn)定；熒光分析與化學(xué)分析結(jié)果對(duì)比,其誤差均在國家標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差范圍內(nèi)；熒光分析與國家，省站對(duì)比樣對(duì)比中，其結(jié)果也能與國家和省站的化學(xué)分析結(jié)果對(duì)上，上述數(shù)據(jù)說明此種方法結(jié)果準(zhǔn)性好、可靠性高。
5.2 生產(chǎn)質(zhì)量控制中應(yīng)用
我司水泥主要監(jiān)控SO3、MgO的質(zhì)量，出磨水泥為每?jī)尚r(shí)抽測(cè)一次，出廠水泥每編號(hào)檢驗(yàn)一次，現(xiàn)已全由ARL9800 OASIS分析儀代勞，其檢驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、快速、省時(shí)、省人力、高效率的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)分析法不能比擬的。
依據(jù)ARL9800 OASIS分析儀檢測(cè)出的水泥結(jié)果，在SO3、MgO超標(biāo)或波動(dòng)較大時(shí)，便快速對(duì)石膏或其他相關(guān)的摻材的配比作出及時(shí)調(diào)整，做到監(jiān)控及正確指導(dǎo)生產(chǎn)，保證了水泥的質(zhì)量合格與穩(wěn)定。當(dāng)出磨水泥質(zhì)量在控制指標(biāo)范圍，即SO3=2.60±0.30, MgO≤4.50時(shí)，每?jī)尚r(shí)抽測(cè)一次。而當(dāng)質(zhì)量不合格或超標(biāo)時(shí)，則每小時(shí)抽測(cè)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控：通過檢驗(yàn)結(jié)果來監(jiān)督
廣東廣信青洲水泥有限公司在2004年10月新引進(jìn)了美國熱電公司型號(hào)為：ARL9800 OASIS 的熒光分析儀后，很快開發(fā)了：石灰石、生料、熟料、水泥等10種物料的分析標(biāo)準(zhǔn)曲線。為生產(chǎn)質(zhì)量控制快速提供準(zhǔn)確、可靠的質(zhì)量數(shù)據(jù)。而壓片X熒光分析法測(cè)定水泥中的SO3、MgO，為水泥出廠前的質(zhì)量把好最后一關(guān)，顯得尤其重要。
1 X熒光分析的測(cè)定原理
物質(zhì)（樣品）是由各種元素組成，而元素由原子和一定數(shù)目的核外電子構(gòu)成。不同元素原子具有的核外電子數(shù)目不同，即具有不同的原子結(jié)構(gòu)。
當(dāng)待測(cè)樣品受到高能X射線（源射線：稱一次X射線）的照射，激發(fā)各元素的原子核外電子運(yùn)動(dòng)、同時(shí)產(chǎn)生具有元素本身特征的X射線（稱二次X射線），這種由光引至發(fā)光，叫熒光(1)。不同元素產(chǎn)生的二次X射線的強(qiáng)度和波長(zhǎng)各不相同，ARL9800 OASIS X熒光分析儀就是利用這種具有元素本身特征的X射線進(jìn)行定性和定量分析。
在已確定一組已標(biāo)定元素化學(xué)濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣后，經(jīng)分析儀檢測(cè)其元素X熒光強(qiáng)度，能建立一種線性關(guān)系，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
C = A0 + A1×I
式中 C：元素化學(xué)濃度
I：元素的X熒光強(qiáng)度
A0：線性在Y軸的截距
A1：線性的斜率
2試驗(yàn)部分
2.1水泥標(biāo)準(zhǔn)樣的配制與定值
采用我司用于生產(chǎn)水泥用的代表性好的熟料、石膏、廢渣、石灰石，分別經(jīng)破碎、干燥、混合、研磨、過篩備用；然后按我司所生產(chǎn)的水泥品種所需的水泥配方進(jìn)行調(diào)配標(biāo)準(zhǔn)樣，共10至12個(gè)，水泥標(biāo)準(zhǔn)曲線主要用于監(jiān)控SO3、MgO，配制時(shí)用不同石膏摻入量，使配好的水泥標(biāo)準(zhǔn)樣SO3濃度呈現(xiàn)一定梯度遞增；因水泥的SO3、MgO都是國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，并使配好的標(biāo)準(zhǔn)樣SO3、MgO的濃度覆蓋國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)值。
標(biāo)樣配制好后，用化學(xué)分析方法對(duì)其元素含量進(jìn)行準(zhǔn)確的定值。下表-1是配制水泥標(biāo)樣所用材料的成分組成；表-2為配制好的10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣的SO3、MgO含量。
2.2 壓片法制樣方法
2.2.1 助磨劑和粘結(jié)劑
研磨樣時(shí)加入助磨劑目的是發(fā)揮助磨作用,并使物料研磨后不粘磨。加入粘結(jié)劑，是使粉狀物料與粘結(jié)劑經(jīng)研磨均勻后，壓制出有較好的粘結(jié)性并具一定的強(qiáng)度樣品壓片，使壓片送進(jìn)熒光儀真空室檢測(cè)時(shí)，不會(huì)松散脫落,避免污染熒光分析儀及影響分析結(jié)果。經(jīng)試驗(yàn)后，選用YB劑作為助磨劑、 起粘結(jié)作用的JQ作為粘結(jié)劑。
2.2.2 試樣的稱樣量
為使壓好的水泥樣具一定的厚度,并大于2.5mm，才使檢測(cè)的結(jié)果重現(xiàn)性好。根據(jù)物料的比重確定的稱樣量，比重大的，體積相對(duì)較??；由水泥的比重經(jīng)試驗(yàn)后得出，稱水泥樣12.5克加2.5克JQ粘結(jié)劑已能滿足到壓片的厚度。
2.2.3研磨時(shí)間的確定
為使壓好的水泥樣顆粒保持在小于60μm以下，以便于消除顆粒過粗引至的顆粒效應(yīng)(2)而導(dǎo)至的分析誤差, 經(jīng)試驗(yàn)后得出，加入3~5滴助磨劑后，水泥樣研磨180S時(shí)所含的SO3 、MgO其X熒光強(qiáng)度已能發(fā)揮至最大，并隨研磨時(shí)間的延長(zhǎng)其X熒光強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，應(yīng)用于生產(chǎn)控制為了既省時(shí)又節(jié)約電能，所以水泥樣研磨時(shí)間定為180秒已足夠。
2.2.4壓片時(shí)使用的壓力及保壓時(shí)間
經(jīng)用5t、10t、15t、20t、25t的壓力試樣進(jìn)行壓片，及保持壓力20S 進(jìn)行試驗(yàn)，得到用10 t壓力保持壓力20S時(shí)的水泥壓片表面光滑，而且測(cè)量的SO3 、MgO 的X熒光強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定，所以樣品壓片時(shí)采用20t壓力，并保壓20秒。
2.3分析儀的工作條件：電壓選用30KV, 電流選用20mA。分析室溫度控制22±2℃。
2.4樣品檢測(cè)時(shí)間經(jīng)試驗(yàn)后選定60S，已能夠滿足檢測(cè)的速度又能獲得較穩(wěn)定的X熒光強(qiáng)度。
3水泥分析曲線的建立
3.1 將備好的10個(gè)水泥標(biāo)準(zhǔn)樣，用上述的制樣方法將標(biāo)準(zhǔn)樣壓片好.用ARL9800 熒光分析儀分別對(duì)S 、Mg的X熒光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。
3.2 分別對(duì)S 、Mg濃度與強(qiáng)度建立的曲線進(jìn)行回歸分析，獲得S 、Mg線性較好的分析曲線，分別為Cs = 0.08680 + 0.32996×Is、 CMg = 0.22862 + 1.05048×IMg。
4分析儀的穩(wěn)定性測(cè)試
ARL9800 OASIS分析儀的穩(wěn)定性測(cè)試，如對(duì)同一樣品連測(cè)11次以上，其標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過0.10, 說明儀器狀態(tài)較穩(wěn)定，檢測(cè)結(jié)果重現(xiàn)好，值得信賴。表-4數(shù)據(jù)是用ARL9800熒光儀對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)樣C05進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)11次的結(jié)果。其標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.10，說明儀器檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，重現(xiàn)性很好。
5 應(yīng)用
5.1用于與質(zhì)檢機(jī)構(gòu)水泥樣品SO3 、MgO的對(duì)比分析檢驗(yàn)。以下為不同品種水泥壓片法制樣的X熒光檢測(cè)與化學(xué)分析檢測(cè)結(jié)果對(duì)比,誤差均在允許誤差范圍內(nèi)。見下表-5：
由表-4，表-5看出，因?yàn)闊晒鈨x的穩(wěn)定性較好，使得用其檢測(cè)樣品的結(jié)果亦相當(dāng)穩(wěn)定；熒光分析與化學(xué)分析結(jié)果對(duì)比,其誤差均在國家標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差范圍內(nèi)；熒光分析與國家，省站對(duì)比樣對(duì)比中，其結(jié)果也能與國家和省站的化學(xué)分析結(jié)果對(duì)上，上述數(shù)據(jù)說明此種方法結(jié)果準(zhǔn)性好、可靠性高。
5.2 生產(chǎn)質(zhì)量控制中應(yīng)用
我司水泥主要監(jiān)控SO3、MgO的質(zhì)量，出磨水泥為每?jī)尚r(shí)抽測(cè)一次，出廠水泥每編號(hào)檢驗(yàn)一次，現(xiàn)已全由ARL9800 OASIS分析儀代勞，其檢驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、快速、省時(shí)、省人力、高效率的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)分析法不能比擬的。
依據(jù)ARL9800 OASIS分析儀檢測(cè)出的水泥結(jié)果，在SO3、MgO超標(biāo)或波動(dòng)較大時(shí)，便快速對(duì)石膏或其他相關(guān)的摻材的配比作出及時(shí)調(diào)整，做到監(jiān)控及正確指導(dǎo)生產(chǎn)，保證了水泥的質(zhì)量合格與穩(wěn)定。當(dāng)出磨水泥質(zhì)量在控制指標(biāo)范圍，即SO3=2.60±0.30, MgO≤4.50時(shí)，每?jī)尚r(shí)抽測(cè)一次。而當(dāng)質(zhì)量不合格或超標(biāo)時(shí)，則每小時(shí)抽測(cè)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控：通過檢驗(yàn)結(jié)果來監(jiān)督