紅外分析方法在水泥化學(xué)分析中的運(yùn)用研究

劉 佩

中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)（430034）

紅外分析方法在水泥化學(xué)分析中得到廣泛應(yīng)用的主要原因是其具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如樣品測(cè)定所需的時(shí)間較短，提供的信息更全面、更準(zhǔn)確，并且不受樣品物態(tài)的影響與限制。通過(guò)紅外分析方法對(duì)水泥化學(xué)性質(zhì)的檢測(cè)，能夠明確水泥各項(xiàng)指標(biāo)，提升水泥質(zhì)量。

1 樣品制備方法

采用紅外分析方式對(duì)水泥進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，水泥樣品通常是液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)等形式，但固態(tài)樣品居多。固態(tài)樣品制備可以采取不同方式，如糊狀法、壓片法。

1）糊狀法。 將 2～3 mg 水泥樣品先放置在瑪瑙研缽中研細(xì)，然后向其中滴入一滴氟化煤油或者六氯丁二烯。 用刮刀及時(shí)將糊狀水泥樣品刮至NaCl和KBr 鹽片上，并將其放在可拆式液槽上進(jìn)行測(cè)定工作。

2）壓片法。 先將 1～2 mg 水泥樣品放置在 200 mg 的干燥KBr 粉末中，然后在研缽中進(jìn)行研磨、混均，研磨2～5 min 即可，最后將水泥樣品轉(zhuǎn)移到壓片模具中；在此過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的要求較高，要確保是在低真空環(huán)境中， 使用大約1 000 MPa 壓力，維持5 min。將水泥樣品壓成透明薄片，其厚度要保證在 1～2 mm 之間。 在壓片期間，要使用高純 KBr，高純 KBr 應(yīng)在 4 000～400 cm－1區(qū)域之間無(wú)吸收峰[1]。壓好透明樣品薄片后，將其放置在樣品槽中，為后續(xù)繪制紅外吸收光譜圖打下良好基礎(chǔ)，使譜圖的完整性與科學(xué)性得到保障。 除此之外，水泥樣品濃度與厚度要控制在合理范圍內(nèi)， 確保樣品透過(guò)率在5%～90%之間。

2 在熟料礦物定性分析中的應(yīng)用

熟料礦物的性能會(huì)對(duì)水泥性能產(chǎn)生直接影響。所以，在水泥生產(chǎn)與研究工作中，及時(shí)對(duì)熟料礦物進(jìn)行定性分析是一項(xiàng)基本工作內(nèi)容。 在水泥生產(chǎn)中，通過(guò)熟料紅外光譜圖與單礦物紅外光譜圖的比較，能夠確定熟料的成分。 硅酸鹽水泥熟料的單礦特征吸收譜帶有不同組成部分， 如C3S94 cm-1、C3A945 mm-1等。 在水泥新品研發(fā)工作中，通過(guò)對(duì)水泥生料煅燒工藝條件的分析和研究，能夠了解單礦物紅外線光譜圖特征吸收譜帶。 在此期間，會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有現(xiàn)存光譜圖的情況，可以通過(guò)制備單礦的方式，得到紅外線光譜，從而明確特征吸收譜帶[2]。 在固溶體研究中，針對(duì)結(jié)晶程度相對(duì)較差的固體，使用紅外線光譜可以得出有一定區(qū)別的譜圖。 如通過(guò)對(duì)固溶體的某礦A 紅外光譜與純A 礦譜圖的比較可以明確，盡管礦物相同，但是譜圖吸收帶位置和形狀都會(huì)發(fā)生變化。 這說(shuō)明A 礦溶液中的部分離子形成固溶體，其特征發(fā)生變化。 總之，將紅外分析方法應(yīng)用于熟料礦物定性分析中具有良好的效果。

3 紅外分析技術(shù)在回轉(zhuǎn)窯筒的運(yùn)用分析

某水泥廠引進(jìn)丹麥?zhǔn)访芩构镜南冗M(jìn)設(shè)備，采用雙列五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和煅燒爐組成的4.75 m×75 m 窯。 為了保護(hù)窯襯和筒體，引進(jìn)了紅外測(cè)溫系統(tǒng)。

紅外掃描系統(tǒng)位于窯外30～100 m 處。工作時(shí)，可沿與窯軸線平行的直線快速掃描。 掃描頻率為8次/s，角度為 90°，每次回轉(zhuǎn)窯可完成 200～300 次以上的掃描工作。 輻射點(diǎn)的覆蓋范圍為25～40 cm，掃描儀輸出的電流信號(hào)代表該點(diǎn)的溫度。 計(jì)算機(jī)可以同時(shí)讀取窯速。 掃描信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，以溫度陣列的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)專用存儲(chǔ)器中。 數(shù)組中的每個(gè)溫度值表示窯面上特定小矩形區(qū)域的溫度。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)溫度陣列系統(tǒng)的基本信息，生成點(diǎn)函數(shù)和圖形函數(shù)，供管理者進(jìn)行決策。 采用紅外掃描系統(tǒng)連續(xù)測(cè)量溫度，繪制溫度分布圖，有助于找到窯身、窯皮和耐火材料的最佳狀態(tài)，使窯和窯襯在最佳工況下工作。 要利用回轉(zhuǎn)窯停工時(shí)段，及時(shí)測(cè)量窯內(nèi)工作情況，記錄每段耐火磚的實(shí)際厚度，計(jì)算磨損率，記錄窯皮的生長(zhǎng)情況。

4 結(jié)語(yǔ)

紅外分析方法在水泥化學(xué)檢測(cè)中發(fā)揮著不可替代的作用。 分析測(cè)試人員要熟悉和掌握紅外分析方法，明確該方式的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果情況，分析水泥各項(xiàng)指標(biāo)及化學(xué)性質(zhì)，及時(shí)對(duì)水泥生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，使水泥的質(zhì)量和水泥的利用率得以提升。