X射线衍射(XRD)在水泥行业中的应用

2023-02-14 21:57:56 利曼中国

水泥是一种常见的建筑用品，它对于建筑来说是必不可少的，一般分普通硅酸盐水泥、掺混合材料的硅酸盐水泥和特殊水泥，使用多的就是硅酸盐水泥。

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成分是硅酸盐，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。

各标号不同水泥的差别的指标是硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）、铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）四种物相含量的不同。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。

传统水泥的分析方法是采用化学分析方法来确定水泥中各氧化物的含量，此类方法测试速度慢，现已大部分被波长色散荧光（WDXRF）所取代。波长色散荧光（WDXRF）可直接测得各氧化物（如CaO、SiO2等）的含量，再通过Bogue公式计算出各物相的含量，但Bogue公式假设熟料中的四种矿物是理想的纯化合物、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，且Bogue公式忽略了其它因素（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）的影响，因此其得到的结果并不是水泥中真实的矿物形态。

由于每种物相都有自已的XRD衍射峰，我们观察到的谱图是各物相的叠加，各衍射峰的强度与该物相含量有关。因此通过XRD衍射，我们可以得到各物相所对应的衍射图谱，进而得到各物相的含量。国际上90年代已将XRD结合Rietveld全谱拟合应用于水泥行业，通过直接测定物相含量来控制水泥质量。

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》已于2022年3月1号正式实施，该标准规定可直接通采用XRD测定水泥中各矿物相的含量。

意大利GNR公司是一家老牌的欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。

X射线衍射仪（XRD）可测试粉末、薄膜等样品的晶体结构等指标，多应用于分子结构分析及金属相变研究；而全反射X荧光光谱仪（TXRF）的检测限已达到皮克级别，其非破坏性分析特点应用在痕量元素分析中，涉及环境、医药、半导体、核工业、石油化工等行业；为迎合工业市场需求而设计制造的专用残余应力分析仪、残余奥氏体分析仪，近年来被广泛应用在高端材料检测领域，其操作的便捷性颇受行业青睐。