Karaktärisering av cementkomponenter med hjälp av morfologi G3-ID

Varje år produceras cirka tre miljarder ton cement. Denna enorma volym står för 10 % av den globala koldioxidproduktionen och 10-15 % av den globala energiförbrukningen inom industrin.

Efterfrågan på cement ökar i takt med den ökande tillväxten i utvecklingsländerna, vilket leder till ökad koldioxidproduktion och energiförbrukning. Detta skapar problem med socialt ansvar för miljön och inneboende kostnader.

Omkring 50 % av de koldioxidutsläpp som orsakas av cementtillverkning beror på kalcineringen av kalksten. Klinker som produceras vid kalcineringen av kalksten blandas med gips för att producera portlandcement, som är en viktig ingrediens i de flesta betong- och cementprodukter som finns på marknaden.

Portlandcement har dock inte alltid varit en huvudingrediens i cement. Romarna använde puzzolankalkcement för att bygga sina konstruktioner, varav de flesta fortfarande står kvar efter 2000 år.

Pantheon i Rom, Italien, är ett exempel på en konstruktion byggd med puzzolankalkcement. Puzzolancement är lättare att arbeta med när det hälls för första gången eftersom det är långsamt att stelna, men dessa cement utvecklar styrka med tiden och är mycket starkare än Portlandcement.

Pozzolanmaterial, såsom vulkanaska och flygaska, används alltmer i industriell cementtillverkning som en ersättning för Portlandcement. Detta minskar inte bara kostnaderna och koldioxidutsläppen utan ökar också livslängden, vilket Pantheon bevisar.

En bättre förståelse av cementet på partikelnivå skulle kunna bidra till att öka fördelarna och i slutändan minska kostnaderna.

Formen och storleken på olika komponenter i en cementblandning kan karakteriseras individuellt genom morfologiskt riktad Ramananalys med hjälp av Morphologi G3- ID. Resultaten av Ramananalysen kan hjälpa till att lösa produktionsproblem, få en bättre insikt i produktutveckling eller jämföra produkter och partier.

Metodik

Fem olika cementprover från två olika företag valdes ut för att testas med hjälp av Morphologi G3-ID.

En förångningsmetod som innebär att man suspenderar en liten alikvot cement i ett lösningsmedel och använder ultraljud för dispersion, kan användas för att dispergera cement. Före analysen sprids en alikvot av suspensionen och lämnas att torka på ett mikroskopglas. Figur 1 visar en exempelbild av denna dispersion.

Figur 1. Bild med 50x förstoring av dispersion av cement.

En morfologiskt riktad Ramananalys innebär att man först utför en morfologisk bildanalys på provet, sedan erhålls information relaterad till form och storlek från partikelbilderna. De positionsdata som erhålls från denna undersökning används för att automatiskt återgå till de målpartiklar från vilka Raman-spektra måste erhållas.

Spektra från rena komponenter förvärvas för att skapa ett referensbibliotek. De erhållna partikelspektren utvärderas mot referensspektren och en korrelationsberäkning görs därefter. En låg korrelationspoäng indikerar ingen överensstämmelse, medan en hög korrelationspoäng anger en god överensstämmelse mellan partikel- och referensspektrumet.

På detta sätt används Ramanspektroskopiresultaten för att klassificera partiklarna som separata komponenter.

Slutsatser

Ett 50x-objektiv användes för att utföra morfologisk analys. Bilderna av rörliga partiklar exkluderades från analysen med hjälp av ett formfilter efter analysen.

I den här studien riktades cirka 1000 till 2000 partiklar som mäter mer än 3 µm för kemisk analys, med en förvärvstid på 30 sekunder per partikel.

Den här informationen har hämtats, granskats och anpassats från material som tillhandahållits av Malvern Panalytical.

För mer information om den här källan, besök Malvern Panalytical.

Citat