高炉矿渣水泥的定量相分析

粒状矿渣是CEM II/ a - s、CEM II/B-S和CEM III水泥的主要组成部分。高炉炉渣是一种主要的无定形产品，含有少量的结晶相，如阿克曼矿(CaMgSiO)，默温矿(CaMgSiO)，或石英(SiOCO)₂）.它具有与普通水泥相似的水力性能，因此可以部分替代水泥混合料中的熟料成分。

高炉矿渣水泥的效益

显然，熟料燃烧是CO的主要来源₂排放。因此，高炉矿渣水泥的生产越来越多，以减少水泥的生产所产生的特定CO₂排放。

高炉矿渣水泥的质量控制

质量保证和监督要求确定最终水泥的主要成分。目前的法规允许几种方法来估计水泥中的矿渣含量，如重力分离(ENV 196- 4:20 93)、选择性溶解(ENV 196- 4:20 93)、显微分析(DIN 1144 - 1:20 90)或基于化学成分的测定。这些方法要么费时，要么需要专门的实验室工作。或者是对样本的预先知识。

本实验室报告演示了如何将非晶相分析无缝集成到TOPAS Rietveld计算中，而无需进一步校准或添加标准。

非晶相的Rietveld定量

根据定义，传统的Rietveld分析只考虑晶体相。相对重量分数归一化为100 wt. %。无定形量只能通过向样品中加入一个已知的内标重量分数来间接测定(也称为“加标法”)。

在自动化工艺实验室中，这种方法很难实现。此外，由于样品和标准品的质量吸收差异，微吸收效应会引起系统误差。使用加钉法进行精确分析需要样品和标准品的质量吸收和粒度分布相似。

与传统Rietveld量化方法的比较

与传统的Rietveld相比，TOPAS允许在计算中使用hkl_Phases (Pawley或Le Bail拟合)考虑部分或没有已知晶体结构的相(PONKCS[1])。

由于缺乏结构信息，应用这种模型的定量相位分析需要一个经验的“校准”步骤。这种相的质量是不知道的。为了进行适当的校准，必须对已知成分的样品进行相应的质量定义。

具有部分或无已知晶体结构的相的定量Rietveld分析

在Rietveld分析中，第i相的权重分数wi定义为:标度参数si，单位单元的体积Vi。原子的重量Mi Zi (M =一个公式单位的质量，Z =单元内公式单位的数目)在单元内和

使用hkl_Phases而不是结构的Rietveld量化:使用hkl_Phases，强度值是由峰值强度的测量得来的。如果用hkl_Phase进行定量Rietveld分析，则只知道单位细胞的体积V。由于缺乏结构信息，Rietveld量化需要hkl_Phase的质量(MZ)的“校准”。

定量Rietveld分析的x射线衍射仪

测量使用Bragg-Brentano Geometry中的D4 ENDEAVOR衍射仪，并配备了一维LynxEye™复合硅条探测器(图1)。表1给出了设置。采用DIFFRAC进行了定量相分析⁺TOPAS(版本4)软件。

表1。D4 ENDEAVOR配置LynxEye检测器

测角仪	D4努力θ/ 2θ
测量圆	401毫米
管	2.2 kW铜长精焦
管权力	35 kV / 50 mA
主要光学	发散缝固定为0.5°4°索勒缝
样品阶段	旋转样品持有人
二次光学	镍Kß滤波器4°索勒狭缝
探测器	LynxEye(开放3.9°)
步长	0.02°
时间每一步	0.2秒
角范围(2θ)	10°- 65°
总测量时间	9分50秒

高炉矿渣水泥的制备

2006年，VDZ(德国水泥工程协会)组织了一次利用XRD方法对高炉矿渣水泥进行定量相分析的循环研究。一组样本被分发给参与者进行分析。这套水泥由三种不同成分的矿渣水泥组成。每10克样品在POLAB®APM自动制备单元中研磨，使用Polysius片作为粘合剂。样品被压在钢圈里。初步公布的结果[2]提供了每个水泥样品中的矿渣量的参考值(表2)。

表2。VDZ循环用矿渣水泥试样的组成

样品没有。	样品描述	炉渣含量wt.%
1	杰姆II /台球	25
2	Cem iii / b 32,5 n-nw / hs / na	67
3.	Cem iii / b 42,5 n-nw / hs / na	72

图1所示。1维LynxEye复合硅片探测器。

高炉炉渣的相模拟

非晶衍射数据的建模可通过以下步骤实现:

• 高炉纯炉渣的测定
• 使用任意起始模型的Pawley拟合的非晶态强度的全粉型分解
• 经验“校准”的质量(MZ)的这个模型，以满足参考样品的结果

这种方法可以很好地描述非晶衍射特性，如图2所示。

图2。无定形高炉渣的无结构建模。蓝色曲线表示实测数据。计算模型用红色曲线表示。差异用灰色表示。

hkl相模型计算分析

采用相同的hkl_Phase模型对三个循环样品进行了定量计算。每个样品分析5次，考察测量的重复性。在每一次运行中，样品被卸载和重新加载到衍射仪中。图3为轮循样本1的测量数据及TOPAS量化结果。

图3。矿渣水泥样品1的测量结果(蓝色)和TOPAS计算(红色)两者的区别用灰色表示。标记表明了已知结构的每个相的峰值位置。差值曲线上方的蓝色曲线表示非晶态高炉炉渣的强度贡献。

表3。VDZ圆渣水泥样品的TOPAS定量相分析(数值以wt.%表示)

测量数	示例1	示例2	示例3
测量1	25.0	67.2	71．7
测量2	25.1	67.3	71.9
测量3	24．7	67.0	71.6
测量4	25.1	67.3	71.9
测量5	25.3	67.0	71.5
的意思是	25.1	67.2	71．7
性病,戴夫。	0．2	0．2	0．2

总结

TOPAS PONKCS方法提供了准确的结果(表2和3)，涵盖了广泛的渣浓度范围。该方法的重复性明显优于现有方法。计算出的渣浓度的绝对标准偏差为0.2 wt.%。

注:本研究主要分析了非晶态高炉炉渣。通过简单地在TOPAS计算中添加额外的结晶相，该分析可以很容易地扩展到显示较大结晶度的炉渣质量。不需要进一步的工作。

这些信息来源于布鲁克x射线分析公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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