Charactérisation des composants des ciments à l’aide de la morphologie G3-ID

Chaque année, environ trois milliards de tonnes de ciment sont produites. Cet énorme volume représente 10% de la production mondiale de CO2 et 10 à 15% de la consommation mondiale d’énergie dans l’industrie.

La demande de ciment augmente avec la croissance croissante des nations en développement, ce qui entraîne une augmentation de la production de CO2 et de la consommation d’énergie. Cela crée des préoccupations de responsabilité sociale environnementale et un coût inhérent.

Approximativement 50% des émissions de CO2 causées par la production de ciment sont dues à la calcination du calcaire. Le clinker produit par la calcination du calcaire est mélangé au gypse pour produire du ciment Portland, qui est un ingrédient important de la plupart des bétons et ciments disponibles sur le marché.

Cependant, le ciment Portland n’a pas toujours été un ingrédient clé du ciment. Les Romains ont utilisé des ciments pouzzolane-chaux pour construire leurs structures, dont la plupart restent encore debout après 2000 ans.

Le Panthéon de Rome, en Italie, est un exemple de structure construite en ciment pouzzolane-chaux. Les ciments pouzzolaniques sont plus faciles à travailler lorsqu’ils sont versés pour la première fois car ils sont lents à prendre, cependant ces ciments développent leur résistance au fil du temps et sont beaucoup plus solides que les ciments Portland.

Les matériaux pouzzolaniques, tels que les cendres volcaniques et les cendres volantes sont de plus en plus utilisés dans la production industrielle de ciment en remplacement du ciment Portland. Cela permet non seulement de réduire les coûts et les émissions de CO2, mais aussi d’augmenter la longévité comme le prouve le Panthéon.

Une meilleure compréhension du ciment au niveau des particules pourrait aider à augmenter les avantages et finalement réduire les coûts.

La forme et la taille des différents composants d’un mélange de ciment peuvent être caractérisées individuellement par une analyse Raman dirigée morphologiquement en utilisant le Morphologi G3- ID. Les résultats de l’analyse Raman peuvent aider à résoudre des problèmes de production, à avoir un meilleur aperçu du développement du produit ou à comparer des produits et des lots.

Méthodologie

Cinq échantillons de ciment différents provenant de deux entreprises différentes ont été sélectionnés pour être testés à l’aide du Morphologi G3-ID.

Une méthode évaporative qui consiste à suspendre une petite aliquote de ciment dans un solvant et à employer des ultrasons pour la dispersion, peut être utilisée pour disperser le ciment. Avant l’analyse, une aliquote de la suspension est étalée et laissée à sécher sur une lame de microscope. La figure 1 montre un exemple d’image de cette dispersion.

Figure 1. Image à grossissement 50x d’une dispersion de ciment.

Une analyse Raman dirigée par la morphologie consiste à effectuer d’abord une analyse d’image morphologique sur l’échantillon, puis les informations liées à la forme et à la taille sont acquises à partir des images des particules. Les données positionnelles obtenues à partir de cette investigation sont employées pour revenir automatiquement aux particules cibles à partir desquelles les spectres Raman doivent être obtenus.

Les spectres des composants purs sont acquis pour créer une bibliothèque de référence. Les spectres de particules obtenus, sont évalués par rapport aux spectres de référence et un calcul de corrélation est ensuite effectué. Un score de corrélation faible indique une absence de correspondance, tandis qu’un score de corrélation élevé spécifie une bonne correspondance entre la particule et le spectre de référence.

De cette façon, les résultats de la spectroscopie Raman sont utilisés pour classer les particules comme des composants distincts.

Conclusion

Un objectif 50x a été utilisé pour effectuer l’analyse morphologique. Les images des particules qui se touchent ont été exclues de l’analyse à l’aide d’un filtre de forme post analyse.

Dans cette étude, environ 1000 à 2000 particules mesurant plus de 3 µm ont été ciblées pour l’analyse chimique, en utilisant un temps d’acquisition de 30 secondes par particule.

Cette information a été sourcée, revue et adaptée à partir de documents fournis par Malvern Panalytical.

Pour plus d’informations sur cette source, veuillez visiter le site Malvern Panalytical.

Citations

.