Caracterização dos Componentes do Cimento Usando Morphologi G3-ID

Cada ano, são produzidas aproximadamente três bilhões de toneladas de cimento. Este enorme volume representa 10% da produção global de CO2 e 10-15% do consumo global de energia na indústria.

A demanda de cimento está crescendo com o crescimento crescente das nações em desenvolvimento, o que resulta no aumento da produção de CO2 e do consumo de energia. Isto cria preocupações de responsabilidade social ambiental e custos inerentes.

Aproximadamente 50% das emissões de CO2 causadas pela produção de cimento são devidas à calcinação de calcário. O clínquer produzido a partir da calcinação do calcário é misturado com gesso para produzir cimento Portland, que é um ingrediente importante na maior parte do betão e cimento disponível no mercado.

No entanto, o cimento Portland nem sempre tem sido um ingrediente chave do cimento. Os romanos usavam cimentos Pozolana cal para construir as suas estruturas, a maioria das quais ainda permanece de pé após 2000 anos.

O Panteão em Roma, Itália é um exemplo de uma estrutura construída em cimento Pozolana cal. Os cimentos Pozolanos são mais fáceis de trabalhar quando são despejados pela primeira vez, uma vez que são lentos de colocar, no entanto estes cimentos desenvolvem força com o tempo e são muito mais fortes do que os cimentos Portland.

Os materiais Pozolanos, tais como o caixilho vulcânico e o caixilho fly-ash estão a ser cada vez mais utilizados na produção de cimento industrial como um substituto do cimento Portland. Isto não só reduz o custo e as emissões de CO2, mas também aumenta a longevidade, como comprovado pelo Pantheon.

Uma melhor compreensão do cimento a nível de partículas poderia ajudar a aumentar os benefícios e, em última análise, reduzir os custos.

A forma e o tamanho dos diferentes componentes de uma mistura de cimento pode ser caracterizada individualmente através da análise morfológica Raman utilizando o Morphologi G3- ID. Os resultados da análise Raman podem ajudar a resolver problemas de produção, obter uma melhor percepção do desenvolvimento do produto ou comparar produtos e lotes.

Metodologia

Cinco amostras diferentes de cimento de duas empresas diferentes foram selecionadas para serem testadas usando o Morphologi G3-ID.

Um método evaporativo que envolve a suspensão de uma pequena alíquota de cimento em um solvente e o emprego de ultra-som para dispersão, pode ser usado para dispersar o cimento. Antes da análise, uma alíquota da suspensão é espalhada e deixada a secar em uma lâmina de microscópio. A Figura 1 mostra um exemplo de imagem desta dispersão.

Figure 1. Imagem de 50 aumentos de dispersão de cimento.

Uma análise Raman morfologicamente dirigida envolve a realização de uma análise morfológica da imagem na amostra primeiro, em seguida, as informações relacionadas à forma e tamanho são obtidas a partir das imagens de partículas. Os dados de posicionamento obtidos a partir desta investigação são empregados para retornar automaticamente às partículas alvo das quais os espectros Raman devem ser obtidos.

Os espectros de componentes puros são adquiridos para criar uma biblioteca de referência. Os espectros de partículas obtidos, são avaliados em relação aos espectros de referência e, posteriormente, é feito um cálculo de correlação. Uma pontuação baixa de correlação indica ausência de correspondência, enquanto uma pontuação alta de correlação especifica uma boa correspondência entre a partícula e o espectro de referência.

Desta forma, os resultados da espectroscopia Raman são usados para classificar as partículas como componentes separados.

Conclusão

Foi usada uma objetiva de 50x para realizar a análise morfológica. As imagens das partículas em contato foram excluídas da análise utilizando um filtro de forma pós-análise.

Neste estudo, cerca de 1000 a 2000 partículas com mais de 3 µm foram alvo de análise química, utilizando um tempo de aquisição de 30 segundos por partícula.

Esta informação foi obtida, revisada e adaptada a partir de materiais fornecidos por Malvern Panalytical.

Para mais informações sobre esta fonte, visite Malvern Panalytical.

Citações