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Sponsored by Malvern PanalyticalOct 27 2016
Jedes Jahr werden etwa drei Milliarden Tonnen Zement hergestellt. Diese riesige Menge ist für 10 % der weltweiten CO2-Produktion und 10-15 % des weltweiten Energieverbrauchs in der Industrie verantwortlich.
Die Nachfrage nach Zement steigt mit dem zunehmenden Wachstum der Entwicklungsländer, was zu einer erhöhten CO2-Produktion und einem höheren Energieverbrauch führt. Dies führt zu Bedenken hinsichtlich der sozialen Verantwortung für die Umwelt und der damit verbundenen Kosten.
Etwa 50 % der CO2-Emissionen, die bei der Herstellung von Zement entstehen, sind auf die Kalzinierung von Kalkstein zurückzuführen. Der bei der Kalzinierung von Kalkstein entstehende Klinker wird mit Gips gemischt, um Portlandzement herzustellen, der ein wichtiger Bestandteil der meisten auf dem Markt erhältlichen Betone und Zemente ist.
Portlandzement war jedoch nicht immer ein Hauptbestandteil von Zement. Die Römer benutzten Puzzolan-Kalk-Zemente, um ihre Bauwerke zu errichten, von denen die meisten auch nach 2000 Jahren noch stehen.
Das Pantheon in Rom, Italien, ist ein Beispiel für ein mit Puzzolan-Kalk-Zement gebautes Bauwerk. Puzzolanzemente sind leichter zu verarbeiten, wenn sie zum ersten Mal gegossen werden, da sie langsam abbinden, aber diese Zemente entwickeln im Laufe der Zeit Festigkeit und sind viel stärker als Portlandzemente.
Pozzolanmaterialien wie vulkanische Asche und Flugasche werden in der industriellen Zementherstellung zunehmend als Ersatz für Portlandzement verwendet. Dies senkt nicht nur die Kosten und CO2-Emissionen, sondern erhöht auch die Langlebigkeit, wie das Pantheon beweist.
Ein besseres Verständnis des Zements auf Partikelebene könnte dazu beitragen, den Nutzen zu erhöhen und letztlich die Kosten zu senken.
Die Form und Größe verschiedener Komponenten in einer Zementmischung kann durch morphologisch gerichtete Raman-Analyse mit dem Morphologi G3- ID individuell charakterisiert werden. Die Ergebnisse der Raman-Analyse können helfen, Produktionsprobleme zu lösen, einen besseren Einblick in die Produktentwicklung zu gewinnen oder Produkte und Chargen zu vergleichen.
Methodik
Fünf verschiedene Zementproben von zwei verschiedenen Unternehmen wurden ausgewählt, um mit dem Morphologi G3-ID untersucht zu werden.
Zum Dispergieren von Zement kann eine Verdampfungsmethode verwendet werden, bei der ein kleines Aliquot Zement in einem Lösungsmittel suspendiert und Ultraschall zur Dispersion verwendet wird. Vor der Analyse wird ein aliquoter Teil der Suspension auf einem Objektträger verteilt und getrocknet. Abbildung 1 zeigt ein Beispielbild dieser Dispersion.
Abbildung 1. Bild einer Zementdispersion in 50facher Vergrößerung.
Bei einer morphologisch ausgerichteten Raman-Analyse wird zunächst eine morphologische Bildanalyse der Probe durchgeführt, und anschließend werden aus den Partikelbildern Informationen über Form und Größe gewonnen. Die aus dieser Untersuchung gewonnenen Positionsdaten werden verwendet, um automatisch zu den Zielpartikeln zurückzukehren, von denen Raman-Spektren gewonnen werden müssen.
Die Spektren von reinen Komponenten werden erfasst, um eine Referenzbibliothek zu erstellen. Die erhaltenen Partikelspektren werden mit den Referenzspektren verglichen und anschließend eine Korrelationsberechnung durchgeführt. Ein niedriger Korrelationswert bedeutet keine Übereinstimmung, während ein hoher Korrelationswert eine gute Übereinstimmung zwischen dem Partikel- und dem Referenzspektrum angibt.
Auf diese Weise werden die Ergebnisse der Raman-Spektroskopie verwendet, um die Partikel als separate Komponenten zu klassifizieren.
Schlussfolgerung
Ein 50x-Objektiv wurde für die morphologische Analyse verwendet. Die Bilder von sich berührenden Partikeln wurden von der Analyse ausgeschlossen, indem ein Formfilter nach der Analyse verwendet wurde.
In dieser Studie wurden etwa 1000 bis 2000 Partikel mit einer Größe von mehr als 3 µm für die chemische Analyse ausgewählt, wobei eine Aufnahmezeit von 30 Sekunden pro Partikel verwendet wurde.
Diese Informationen wurden von Malvern Panalytical zur Verfügung gestellten Materialien entnommen, überprüft und angepasst.
Für weitere Informationen zu dieser Quelle besuchen Sie bitte Malvern Panalytical.
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