Analysis of clinker phases with the Thermo Scientific ARL 9900 Total Cement Analyzer X-ray fluorescence system with compact XRD

Význam tématu

Analýza fází slínku je klíčová pro optimalizaci procesu výroby cementu a zajištění konzistentní kvality konečného produktu. Přesné stanovení množství C3S, C2S, C3A a C4AF umožňuje řídit odolnost cementu v různých fázích tuhnutí a minimalizovat odchylky způsobené surovinami či provozními podmínkami.

Cíle a přehled studie

Studie si klade za cíl prokázat, že integrovaný přístroj Thermo Scientific ARL 9900 Total Cement Analyzer s kombinací rentgenové fluorescence (XRF) a kompaktní rentgenové difrakce (XRD) umožňuje rychlou a spolehlivou kvantifikaci fází slínku přímo v provozních podmínkách. Porovnává výsledky tří přístupů:

• tradiční výpočty podle Bogueových vzorců,
• mikroskopickou kvantifikaci,
• integrovanou XRD analýzu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro účely studie bylo použito zařízení ARL 9900 Series Total Cement Analyzer vybavené XRF fixními kanály s monochromátory, XRF goniometrem a kompaktním XRD goniometrem, které umožňuje měření obou metod na téže vzorkové matrici při stejných podmínkách rtuťové trubice a pod vakuem. Připravilo se 30 vzorků slínku z reálného provozu, granuláty byly umláceny a lisovány do pelet.

Hlavní výsledky a diskuse

1. XRF část analyzovala složení základních oxidů CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 aj. a podle Bogueových vzorců vypočítala fázové koncentrace. Tyto výsledky se však významně lišily od skutečných koncentrací stanovených mikroskopií.
2. Integrovaná XRD analýza určovala intenzity charakteristických difrakčních vrcholů C3S, C2S, C3A a C4AF bez nutnosti složitých korekcí. Kalibrační křivky pro každou fázi vykazovaly vysokou linearitu v pracovním rozsahu 20–80 % koncentrace.
3. Porovnání dat ukázalo vynikající korelaci mezi integrovanou XRD metodou a mikroskopickým stanovením fází, zatímco výsledky Bogueových výpočtů byly často zatíženy chybou přes 5–10 % vzhledem k předpokladu úplného přechodu Al2O3 a Fe2O3 do C3A a C4AF.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlost: celkový čas analýzy fází slínku pod 4 minuty.
• Spolehlivost: přímé měření XRD vrcholů bez rozsáhlých matematických úprav.
• Real-time monitoring: možnost aplikace přímo v provozu pro okamžitou korekci surovin a podmínek výpalu.
• Predikce pevnosti cementu: obsah C3S koreluje se 3denní pevností v tlaku, což usnadňuje řízení kvality.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace a integrace s procesním řízením cementárny pro on-line regulaci složení slínku.
• Rozšíření kalibračních sad o fázové modifikace v závislosti na typech surovin.
• Využití umělé inteligence a strojového učení pro prediktivní modelování pevnostních parametrů cementu.
• Možnost adaptace technologie na jiné keramické a cementové materiály.

Závěr

Studie prokázala, že integrovaný analyzátor ARL 9900 s kompaktním XRD je efektivním nástrojem pro rychlou a přesnou kvantifikaci fází slínku v reálných podmínkách výroby. Metoda překonává omezení Bogueových výpočtů a poskytuje výsledky srovnatelné s tradiční mikroskopií, avšak s výrazně vyšší průchodností a možností automatické integrace do výrobního procesu.

Reference

V textu nebyl uveden explicitní seznam literatury.