Химические методы анализа цемента

Росстандарт утвердил ГОСТ 5382-2019 «Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа.»

Межгосударственный стандарт был разработан Союзом производителей цемента совместно с научно-исследовательским институтом НИИЦЕМЕНТ.

Новый стандарт вступит в силу 1 июня 2020 года и заменит ГОСТ 5382-91.

Стандарт распространяется на цементы, клинкер, сырьевые смеси,
минеральные добавки и сырье, применяемые в цементном производстве, и устанавливает нормы точности выполнения анализов химического состава, а также методы определения массовой доли влаги, потери при прокаливании, нерастворимого остатка, оксидов кремния (в том числе реакционно-способного), кальция (в том числе свободного), магния, железа, алюминия, титана, серы, калия, натрия, марганца, хрома, фосфора, бария, хлор-иона, фтор-иона (далее — элементов).

• ← Земельный участок под строительство многоквартирного жилого дома
• Лицензирование добычи общераспространенных полезных ископаемых передано в главное управление госконтроля →

Минстрой выпустит облигации

Россия намерена квотировать импорт щебня из Белоруссии

Новые изменения в Градостроительном кодексе упростят генпланы

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Новое на сайте

• Тендер: Кварцевый песок Объект: ОГМ ПАО Нижнекамскнефтехим завод ОиГ цех 6708.,градирни тит.1281-3 6 октября, 2021
• Тендер: Песок 6 октября, 2021
• Тендер: Песок 6 октября, 2021
• Тендер: Песок; Цементно-песчаные смеси 6 октября, 2021
• Тендер: Песок; Цемент 6 октября, 2021
• Тендер: Метизы; Кабели с алюминиевой жилой; Кабельная арматура; Лакокрасочные материалы; Кровельные материалы; Бетон; Стальной лист; Диспетчеризация; Кабели Витая пара (LAN); Песок 6 октября, 2021
• Тендер: Песок коэффициент фильтрации 3м/сут 6 октября, 2021
• Тендер: Кабели с алюминиевой жилой; Песок; Кабельная арматура 6 октября, 2021
• Тендер: Поставка щебень гранитный фракция 20-40 ( доставка ЛСК, Отрадное, Никольское ш.55 ) 6 октября, 2021
• Тендер: Песок, щебень 6 октября, 2021

Общераспространенные полезные ископаемые (ОПИ) – специализированный информационный портал о нерудных, общераспространенных полезных ископаемых.

Основные темы: новости, конкурсы и аукционы на право пользования недрами, техника и технология добычи и переработки нерудного сырья, отраслевая статистика и тенденции объемов добычи и цен на строительное сырье – цемент, бетон, щебень, гравий, песок, известь, торф, стекло, глину и др., а также аналитика – инженерные изыскания, использование цифровых технологий, транспортные решения, экономические и кадровые вопросы.

Эти материалы будут полезны строителям, разработчикам карьеров, недропользователям, дорожным строителям, специалистам и руководителям предприятий, субъектов РФ и отдельных муниципальных образований, в чьей компетенции находятся процессы управления природными ресурсами, экономическое и промышленное развитие регионов.

По вопросам подписки: +7 (499) 230-25-61

Телефон для рекламодателей: +7 (499) 230-24-81

Элементный анализ

Элементный анализ — качественное обнаружение и количественное определение содержания элементов и элементного состава веществ, материалов и различных объектов. Это могут быть жидкости, твёрдые материалы, газы и воздух. Элементный анализ позволяет ответить на вопрос — из каких атомов (элементов) состоит анализируемое вещество.

Элементный анализ является одной из важнейших задач в любой научно-исследовательской лаборатории, институте, университете. Элементный состав вещества необходимо знать на любом производстве с целью контроля используемого сырья, контроле производства, а также готовой продукции. Чёрная и цветная металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, агропромышленность, геология, горно-добывающая промышленность и многое другое практически невозможно без аналитической лаборатории. Элементный анализ имеет важнейшее значение в аналитической химии. Во время научных исследований очень важно иметь точную картину состава вещества с целью контроля цепи превращений химических реакций.

В самом начале становления метода элементный анализ был только качественным. Исследователи оценивали растворимость проб в инертных или химически активных растворителях, либо по объему выделения газов, либо устойчивость при нагревании, изменении цвета, окраса пламени, изменения фазового состояния и т. п. То есть использовались в основном физически ощутимые параметры, которые человек мог проанализировать самостоятельно без дополнительных приборов.

В настоящее время с развитием научного прогресса на первый план вышли инструментальные количественные методы на основе современных физико-химических методов анализа.

Количественный элементный анализ основан на измерении физических свойств изучаемых материалов в зависимости от содержания определяемого элемента: интенсивности характерных спектральных линий, значения ядерно-физических или электрохимических характеристик и т. п. Первыми методами количественного элементного анализа были гравиметрия и титриметрия, которые и сейчас по точностным характеристикам часто превосходят инструментальные методы. По точности с ними успешно конкурируют только кулонометрия и электрогравиметрия.

Элементный анализ важен в эколого-аналитическом и санитарно-эпидемиологическом контроле, анализе продуктов питания и кормов, металлов и сплавов, неорганических материалов, особо чистых веществ, полимерных материалов, полупроводников, нефтепродуктов и др., в научных исследованиях.

Методы элементного анализа [ править | править код ]

Среди инструментальных методов анализа широко распространены рентгенофлуоресцентная, атомно-эмиссионная (в том числе с индуктивно-связанной плазмой), атомно-абсорбционная спектрометрия, спектрофотометрия и люминесцентный анализ. Электрохимические методы (полярография, потенциометрия,вольтамперометрия и др.), масс-спектрометрия (искровая, лазерная, с индуктивно-связанной плазмой и др.), различные варианты активационного анализа. Методы локального анализа и методы анализа поверхности (электроннозондовый и ионнозондовый микроанализ, оже-электронная спектроскопия и т. п.) и др.

При выборе метода и методики анализа учитывают структуру анализируемых материалов, требования к точности определения, пределу обнаружения элементов, чувствительности определения, селективности и специфичности, а также стоимость анализа, квалификацию персонала, скорость проведения анализа, уровень необходимой пробоподготовки и наличие необходимого оборудования.

Например, при анализе металлов и сплавов с чувствительностью порядка 0,01 % оптимальным выбором является искровой опто-эмиссионный спектрометр, как анализатор, определяющий основные элементы, используемые в сталях (углерод, кремний, марганец, молибден, ванадий, железо, хром, никель и др). Для менее точного анализа марок сталей и сплавов удобно использовать портативный рентгенофлуоресцентный спектрометр. Для анализа цемента, бетона, руды одним из надежных решений является волнодисперсионный рентгенофлуоресцентный анализатор. Для исследования стекла и керамики хорошо подходит лазерный оптико-эмиссионный спектрометр. Атомно-абсорбционный спектрометр позволяет анализировать практически любые вещества с хорошей точностью. Минусом метода являются высокие требования к пробоподготовке и большое время анализа. Спектрофотометр широко применяется при анализе жидкостей.

При определении следов элементов нередко прибегают к их предварительному концентрированию. Помехи, связанные с матричным составом и взаимным влиянием аналитических сигналов элементов друг на друга, уменьшают, прибегая к их разделению. В некоторых случаях помехи могут быть значительно уменьшены благодаря рациональному выбору условий инструментального анализа и создания необходимого программно-математического обеспечения. Например, рентгенофлуоресцентный спектрометр позволяет определять содержание вредных тяжелых металлов в воде после концентрирования и осаждения на специальных фильтрах, что позволит проводить анализ на уровне предельно допустимых концентраций

10 −8 %. Но самым точным методом для определения следов элементов является спектрометр индуктивно-связанной плазмы, определяющий 10 −8 % — 10 −9 % практически по любому элементу.

Химические методы анализа цемента

Приведены основные характеристики универсального рентгенофлуоресцентного энергоди- сперсионного спектрометра БРА-135F. Показана возможность его применения при определении элементного состава цементов и материалов цементного производства. Описана разраба- тываемая методика измерений, включая процесс пробоподготовки, перечень и диапазоны концентраций определяемых элементов, приведены результаты предварительных испытаний.

УДК 543.426
DOI: 10.22184/2227-572X.2018.41.4.376.378

В течение многих лет для экспресс-анализа цемента и технологических продуктов в производственном цикле на цементных предприятиях используется рентгенофлуоресцентный волнодисперсионный метод. Его основная задача – определение химического состава образцов для обеспечения необходимого состава сырьевой муки. В работе исследована возможность использования для этой цели рентгенофлуоресцентного энергодисперсионного анализа. АО ИЦ “Буревестник” выпускает рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F, который нашел широкое применение в аналитической практике для массовых анализов горных пород, руд, сплавов и других промышленных материалов. Преимущества энергодисперсионного спектрометра: низкая стоимость оборудования и его обслуживания, малая потребляемая мощность, одновременное определение многих (до 15–20) элементов в интервале Z от 9 (F) до 92 (U) в образцах сложного химического состава, отсутствие необходимости внесения изменений в спектрометр при расширении перечня определяемых элементов. При этом возможен как качественный, так и точный количественный анализ .

Изучали перспективы применения спектрометра БРА-135F для определения основных компонентов (MgO, Al2O3, SiO2, SO3, K2O, CaO, Fe2O3) в цементах, клинкерах и сырьевой муке.

Исследовали образцы, сплавленные с боратным флюсом, при этом диапазон массовых отношений “образец : флюс” варьировали от 1 : 1,8 до 1 : 2,2. Преимущество плавающего отношения “образец : флюс” состоит в упрощении процесса взятия навесок образца и флюса без снижения точности анализа.

Подготовка образцов цементов, клинкеров и сырьевой муки перед сплавлением включала такие стадии, как сушка и измельчение. Пробы смешивали с боратным флюсом и сплавляли в платиновых тиглях в диапазоне температур 1000–1125 °C в муфельной печи в течение 2–10 мин, после этого тигли переносили в эксикатор, остужали до комнатной температуры, затем взвешивали для нахождения массы потерь при прокаливании. Снова помещали тигли с застывшей смесью в печь на несколько минут, получившийся расплав выливали в стальное кольцо на поверхность стальной разогретой подложки и прижимали массивным плунжером для формирования лицевой поверхности стекла-излучателя. Весь процесс приготовления одного стекла-излучателя занимал не более 15 мин.

Стекло-излучатель помещали на разделительное окно измерительной камеры спектрометра. В спектрометре установлена рентгеновская трубка с родиевым анодом с анодной мощностью 10 Вт и полупроводниковый детектор SDD с активной площадью 0,25 см2, энергетическим разрешением 135 эВ (линия MnKα) и допустимой загрузкой до 105 с-1, постоянная формирования времени сигнала детектора – 1,6 мкс. Измерения вели в вакуумном режиме работы спектрометра. Остальные условия измерения приведены в табл.1 для каждого определяемого элемента.

Для градуировки спектрометра использовали 25 образцов, среди которых ГСО, ОСО, пробы цементных заводов, их смеси друг с другом и с индивидуальными веществами, включающими определяемые элементы. Необходимо отметить, что ни один образец впоследствии не был исключен из градуировки ни на одном из компонентов, так как получившиеся регрессионные уравнения хорошо описывали взаимные влияния компонентов проб друг на друга. В табл.2 представлены основные характеристики полученных градуировок: вид градуировочных уравнений (где C – расчетная концентрация компонента, IA – интенсивность сигнала на спектральной линии компонента А, an – коэффициент перед n-членом регрессионного уравнения), остаточная погрешность градуировок граф в пересчете на концентрации компонентов в сплавленном стекле, а не в исходном образце.

Для предварительной оценки показателей качества методики выбраны три стандартных образца, не вошедшие в градуировку: ГСО 8846-2006 (цементная сырьевая смесь 27-11-92), ГСО 8847-2006 (портландцемент 32-11-93), ОСО-36-11-

2011 (цементная сырьевая смесь). План оценки включал пять экспериментальных дней (сессий) по пять параллельных единичных определений каждого из стандартных образцов ежедневно. В табл.3 приведен пример результатов измерений образца ГСО 8847-2006 (портландцемент 32-11-93) в условиях повторяемости в один из экспериментальных дней. В табл.4 представлены полученные показатели методики, рассчитанные согласно РМГ 61-2010, где ur – показатель повторяемости, а Uл – показатель точности методики в виде неопределенности с коэффициентом охвата k= 2, рассчитанный с учетом показателя внутрилабораторной прецизионности.

Проведенное исследование показало, что использование энергодисперсионного спектрометра БРА-135F и предварительной методики пробоподготовки для сплавленных проб обеспечивает возможность определения таких компонентов, как MgO, Al2O3, SiO2, SO3, K2O, CaO, Fe2O3 в цементах, клинкерах и сырьевых смесях. Показатели точности позволяют судить о возможности аттестации разрабатываемой методики и успешном применении в отрасли строительных материалов. ■

Производство цемента

Автоматизированные лабораторные системы

Автоматизация лабораторного анализа упрощает и ускоряет управление качеством на цементном производстве. Значительно сокращаются операционные расходы за счет уменьшения брака и числа параллельных измерений, снижается себестоимость анализов, обеспечивается максимальная защита персонала от воздействия вредных факторов.

При этом сам по себе химический и фазовый анализ, выполняемый в современных лабораториях на рентгеновских спектрометрах и дифрактометрах, является завершающей стадией процесса. Обусловленная ею доля погрешности конечного результата не превышает нескольких процентов. Основная часть ошибки обычно связана с пробоотбором и пробоподготовкой. Иными словами, спектральный анализ может быть сколь угодно точным, но если отобранная и подготовленная проба не представительна, то результат окажется неверным.

Автоматизированная лабораторная система обеспечивает представительный отбор проб на любых стадиях цементного производства, их равномерную передачу по пневмопочте, подготовку и анализ. Постоянство параметров данных операций снижает влияние случайных ошибок. В итоге гарантируется, что отклонения конечного результата от номинальных значений обусловлены колебаниями параметров технологического процесса или изменением его условий (например, переходом на новое сырье), а не ошибками персонала или несоблюдением нормативных требований к контролю.

Обычно для заказчиков аналитического оборудования очень важно время получения результата анализа. Оно существенно зависит от конфигурации автоматической лабораторной системы, производственной схемы предприятия и длины пневмопочтового тракта. Скорости работы автоматизированной системы и обычного оператора близки, однако, в отличие от человека, автоматика работает с постоянной скоростью на протяжении всего времени эксплуатации. При этом все параметры всех операций тоже сохраняются постоянными, что чрезвычайно важно для получения достоверных и точных результатов.

При работе вручную достичь этого гораздо труднее, чем с использованием автоматики, поэтому, когда появляется неожиданный результат, его обычно пытаются перепроверить — провести анализ еще один или даже несколько раз. Повторные анализы могут дать иные результаты, чем предыдущие, поскольку за время их проведения параметры производственного процесса продолжали изменяться. Это вызывает новые сомнения. Если же работает автоматизированная система, то таких сомнений нет, как и потерь времени, необходимых на их разрешение.

Дополнительное преимущество автоматизированных решений — прослеживаемость результатов на всех этапах контроля, которая обеспечивает адекватность информации о контролируемом производственном процессе.

Рассмотрим в качестве примера комплектацию автоматизированной лаборатории контроля качества для цементного производства, оснащенной оборудованием нашего партнера — компании Herzog Maschinenfabrik (Германия), которая занимает лидирующие позиции в мире в области оборудования для подготовки проб к спектральному химическому и фазовому анализу.

Составные части

Пробоотбор. Компанией Herzog предлагаются все виды пробоотборников (шнековые, ковшовые, поршневые, для аэрожелоба, для горячей сырьевой муки или клинкера), включающие в себя миксеры для гомогенизации отобранного материала и станции автоматической отсылки сокращенной пробы.

Пневмопочта обеспечивает оперативную и равномерную доставку проб в лабораторию. В полностью автоматизированном варианте она оснащается станциями распаковки проб. Подготовка проб, как правило, включает в себя истирание материала до аналитической крупности с последующим прессованием в стальные кольца.

Аналитические приборы. После подготовки проба передается в автоматизированный рентгеновский спектрометр и/или дифрактометр ARL производства международной фирмы Thermo Fisher Scientific.

Линейка спектрального оборудования ARL включает в себя приборы ARL OPTIM’X (единственный компактный волновой спектрометр, обеспечивающий экспресс-анализ элементов от F до U) и ARL 9900 (спектрометр с верхним расположением рентгеновской трубки и опцией фазового анализа рентгенодифрактометрическим методом).

Размещение компонентов системы. Разместить оборудование в лаборатории можно по кругу или в линию: в первом случае пробы перемещаются с помощью робота, во втором — по транспортерам. Роботизированный вариант обеспечивает бóльшую гибкость и взаимозаменяемость отдельных единиц оборудования, линейная конфигурация является более доступной. Начальный вариант автоматизации рентгеновского анализа включает в себя совмещенный автоматический станок «мельница—пресс» HP- MP, соединенный со спектрометром ARL OPTIM’X. Общее время получения результатов, начиная со стадии пробоотбора, зависит от конфигурации оборудования, прежде всего от длины пневмопочтового тракта. При этом суммарное время операций, проводящихся внутри лаборатории (подготовки проб и рентгеновского анализа), не превышает 10 мин.

Пошаговое оснащение лаборатории

Известно, что автоматизация процессов контроля качества требует значительных денежных и временных вложений. Преимуществом компании Herzog является модульность предлагаемых решений, подразумевающая возможность их постепенного внедрения. Например, сначала можно внедрить системы отбора проб и их транспортировки в лабораторию, затем добавить станки подготовки проб, и на завершающей стадии связать поставленное оборудование в единую систему с рентгеновскими приборами фазового и химического анализа. Другой вариант — использовать спектральное оборудование в ручном режиме, постепенно автоматизируя этапы, предшествующие аналитическому контролю.

Программное обеспечение ЛИМС «АИСТ»

Для управления автоматизированной лабораторией российская группа компаний «Термо Техно» с головным офисом в Москве предлагает программное обеспечение ЛИМС «АИСТ» — собственную разработку в области лабораторных информационно-управляющих систем (Laboratory Information Management System, LIMS). ЛИМС «АИСТ» автоматизирует сбор, обработку, накопление, хранение и отображение результатов проведения лабораторных испытаний и анализов с последующей интеграцией данных в единое информационное пространство предприятия. При помощи программного продукта «АИСТ» выстраивается последовательность действий при проведении испытаний согласно технологической карте и применяемым методикам испытаний, а также формируются списки сотрудников и оборудования, назначенных для проведения различных этапов испытаний. В ходе их проведения система получает информацию с различного оборудования о результатах работы, проводит необходимые расчеты (в том числе для проверки качества проведенных испытаний) и формирует отчеты по результатам испытаний и различным этапам их проведения.

Внедрение ЛИМС «АИСТ» позволяет получить следующие преимущества:

• снизить производственные затраты благодаря повышению надежности и достоверности результатов контроля качества, приводящему к большей стабильности состава материалов и параметров технологического процесса;
• в режиме реального времени отслеживать тенденции изменения данных и предоставлять интегрированные данные в информационные службы предприятия;
• повысить эффективность лаборатории за счет рационального использования ресурсов (персонала, приборов, оборудования, реагентов и стандартных образцов);
• упростить для лаборатории прохождение аттестации и аккредитации.

ЛИМС «АИСТ» отличается от аналогичных LIMS-продуктов тем, что при его разработке специалисты ГК «Термо Техно» опирались на многолетний опыт деятельности в цементной индустрии, знание специфики используемых в отрасли методов и методик анализа и богатую практику работы с различным лабораторным оборудованием. Основываясь на этих знаниях, мы можем строить LIMS, не удаляя лишнее из адаптируемой универсальной базовой конфигурации, а сразу исходя из требований пользователя.

Команда сервисных инженеров

Особым преимуществом внедрения автоматизированной лаборатории является то, что у группы компаний «Термо Техно» есть сервисная группа со штатом из более чем 20 сертифицированных специалистов, гарантирующих своевременную поддержку заказчиков в режиме 24/7. Все инженеры сервисной группы проходят обучение у производителей оборудования. Таким образом, исключается необходимость привлечения специалистов завода-изготовителя, что существенно повышает оперативность проведения работ.

К настоящему моменту ГК «Термо Техно» поставила оборудование более чем на 50 заводов, компания оказывает своим заказчикам своевременную сервисную и методическую поддержку и регулярно проводит обучение специалистов лабораторий.