시멘트 분석

시멘트 분석은 생산 공정 전반에 걸쳐 시멘트의 품질과 성능을 보장하고 제조를 탈탄소화하는 데 중요한 역할을 합니다. 

X선 형광(XRF) 

XRF는 시멘트, 원료, 보충 시멘트 물질(SCM), 대체 연료의 원소 분석에 사용됩니다. 샘플의 특성 X선 방출을 측정하여 화학 조성을 식별합니다. 

측정 정확도와 결과를 얻는 데 필요한 시간에 따라 다양한 샘플 준비를 고려할 수 있습니다.

샘플 준비

• 분쇄/분말: 물질을 분쇄하여 입자 크기를 줄이고 분말로 분석 샘플의 균질성을 보장하고 입자 크기 영향을 최소화하며 정확한 원소 분석을 위해 분말보다 압축 펠릿이 선호되는 경우가 많습니다.
• 용융: 최상의 정확도를 위해 샘플을 용융된 유리에 용해하여 플럭스를 형성하여 균일한 유리 디스크를 만듭니다. 이는 입자 크기 및 매트릭스 효과를 제거합니다.

응용 분야

• 원료 특성 분석: 올바른 클링커를 얻기 위해 원료 조성(예: 석회석, 점토, 석고) 평가
• SCM 추가: SCM의 화학 조성에 따라 클링커에 SCM의 올바른 함량을 추가하여 올바른 시멘트를 얻습니다.
• 품질 관리: 생산 중 원소 조성 모니터링

X선 회절(XRD)

XRD는 클링커 및 시멘트의 결정상, 대체 연료, SCM(소성 점토)을 식별하고 정량화합니다. 

샘플 전처리는 올바른 결과를 얻기 위한 열쇠이며 대부분의 경우 오류의 가장 큰 원인이 됩니다. 두 가지 방법으로 사용할 수 있습니다.

샘플 준비

• 연마: 재료는 미세 분말로 연마됩니다.
• 지면에 압착: 압착 펠렛은 생산 관리에 사용됩니다. 이 방법은 대부분의 샘플에 대해 가장 신뢰성 있고 권장되는 샘플 전처리 방법입니다.

응용 분야

• 상 정량화: 시멘트의 각 단계(예: 클링커, 석고)의 양 결정
• 탈탄소화: XRD는 시멘트 산업이 단계(클링커)를 정량화하고 대안(대체 연료 및 원료)을 탐색하며 혁신을 주도함으로써 보다 친환경적이고 효율적인 프로세스로 전환할 수 있도록 지원(새로운 SCM).
• 품질 보증: 일관된 상 구성 보장

레이저 회절  

시멘트 샘플에 존재하는 입자 크기의 범위를 파악하여 시멘트 속성과 운영 비용을 보다 효과적으로 제어할 수 있습니다. 입자 크기는 반응성에서 중요한 역할을 하므로 다른 재료(점토, 콘크리트 미세분 등)에 더 자주 사용됩니다.

레이저 회절은 시준된 레이저 빔으로 입자의 조명을 기반으로 합니다. 산란광은 다양한 각도에서 측정됩니다. 입자 크기 정보는 회절 패턴에서 도출됩니다.

샘플 준비

• 연마: 시멘트 공장에서는 대부분의 시간 동안 건조 분석이 수행됩니다. 즉, 측정 전에 재료가 미세하게 연마됩니다. 실시간 측정의 경우, 균질하고 대표적인 샘플을 사용하여 분석이 수행되도록 하는 것이 중요합니다. 이 경우 더 많은 용량과 잘 적응된 샘플 수집이 필요할 수 있습니다.

응용 분야

• 압축 강도 목표 달성: 입자 크기가 감소하면 표면적이 증가합니다. 미세한 입자는 시멘트 강도를 향상합니다. 28일 강도는 너무 많은 미세 입자(< 2um)의 영향을 받아 균열이 발생할 수 있습니다. 너무 많은 거친 입자는 강도에 부정적인 영향을 미칩니다. 이것이 PSD를 2-32미크론 사이에서 최적화하는 것이 중요한 이유입니다.
• 경화 속성: 레이저 회절은 경화 거동을 예측하고 모니터링하는 데 도움이 됩니다.
• 블레인 수치 향상: 블레인 수치를 넘어 PSD는 굵은 입자에 대한 미세한 디테일과 민감도를 보여줍니다.

PFTNA(Pulsed Fast Thermal Neutron Activation) 

시멘트 생산 시 실시간 원소 분석에 사용되는 프로세스 제어 기술 

PFTNA는 채석장에서 가마까지 원소 조성을 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 저탄소 시멘트용 클링커에 대해 완벽하게 제어되는 SCM 첨가물을 얻는 데도 사용할 수 있습니다.

방법

• 샘플 준비가 필요하지 않으며, 벨트의 암석을 직접 완전히 분석합니다(대량 분석).

응용 분야

이 기술은 인공 지능 및 머신 러닝 모델에서 올바른 속성과 가장 낮은 탄소 발자국으로 시멘트 생산을 최적화하기 위해 사용하는 고주파 분석에 매우 유용합니다. 시멘트 생산의 주요 단계에서 일반적으로 사용됩니다.

• 최적의 원료 균일성을 보장하는 사전 혼합 스톡 파일
• 가장 낮은 편차로 올바른 원료를 얻기 위한 원시 혼합물(LSF 엄격한 제어)
• SCM 추가: 클링커에 정확한 첨가물을 제공하여 반응성을 최적화하고 클링커 함량을 낮춤(저탄소 시멘트)

요약하면, 이러한 방법은 시멘트 생산의 모든 단계에서 필수적입니다.

• 원료 특성 분석: XRF, PFTNA, XRD로 원료 분석
• 품질 관리: 생산을 모니터링하기 위한 XRF, XRD, 레이저 회절
• 최종 제품 품질: XRD 및 레이저 회절은 적절한 위상 조성을 보장합니다.
• 공정 최적화: 실시간 분석기는 PFTNA 및 레이저 회절 분석 가이드 조정 등 공정의 핵심입니다. 자동화된 XRD 및 XRF는 훌륭한 지원을 제공합니다

이러한 모든 기술은 시멘트 생산을 최적화하는 동시에 제조 비용을 절감합니다. 많은 혜택에 비해 투자 수익률은 짧고 소유 비용은 낮습니다. 당사 기기가 ROI 개선에 어떤 도움을 줄 수 있는지 자세히 알아보려면 문의하십시오.

장점:

세계 최고의 기기

원스톱 분석 솔루션 세트

원활한 통합

글로벌 서비스 및 지원

원료를 선택할 때 제조업체는 비용을 최소한으로 유지하는 동시에 원료가 시멘트 생산에 호환되는지 확인해야 합니다. 특히 공정에 더 많은 변수가 발생하는 대체 원료를 사용하는 경우, 강력한 분석을 통해 이러한 변화를 모니터링하여 필요한 사양을 달성하는 데 도움이 됩니다. 원료 비용 다음으로 공정 효율성과 환경 친화 목표(2050 넷 제로)에 대한 원료의 영향력을 고려해야 합니다. 이를 위해서는 화학적 조성과 광물학적 조성이 중요합니다.

당사의 솔루션은 특히 자동화된 경우 고주파 분석을 제공하고, 온라인 또는 오프라인에서 사용할 경우 더 많은 분석을 제공하여 폐기를 최소화하고 원료의 광물학적 및 화학적 조성을 최적화하도록 지원합니다. 이것은 채석장과 원재료 배합비 모두에 대해 가능합니다. 이러한 장비들은 결과를 빠르게 제공함으로써 생산자가 샘플 채취로 인한 폐기물을 줄이고 나머지 공정(사전 균질화 및 배합비)에서 에너지 효율을 높이기 위한 안정적인 가마 공급을 보장하고 CO₂ 배출량을 줄일 수 있습니다.

원재료 배합 공정의 경우 가마의 효율성 극대화는 에너지 소비, 배기가스 배출 및 정비 요구 사항을 줄이는 데 필수적입니다. 가마에 들어가는 물질을 최적화하면 주의해야 할 두 군데의 기본 지점에서 화학 물질의 배합이 정확하고 안정적이 되도록 모니터링하고 원료를 적절하게 분쇄한다는 두 가지의 목표를 달성할 수 있습니다. 

원시 혼합물 처리의 X선 분석 방법

안정적인 원료 조성은 가마에서 일정한 열 프로파일을 보장하고 압축 강도와 설정 시간을 포함한 적절한 특성의 고품질 최종 제품을 제공하는 데 매우 중요합니다. 또한 에너지 소비, 분쇄 첨가제 사용, 내화물 수명, 첨가제 소비, 연료 수요 및 기타 공정의 요소에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 엘라이트 C3S를 벨라이트 C2S와 유리 석회로 분해되지 않도록 하기 위해 가마의 산화 조건이 필수적입니다. 이러한 안정성은 XRF 또는 중성자 활성 교차 벨트 분석기와 같은 온라인 원소 분석을 사용해 화학적 조성을 제어하거나, XRD를 사용해 광물학적 분석을 제어함으로써 달성할 수 있습니다.

최적의 작동 요구 사항은 미세 원료에도 적용됩니다(특히 거친 방해석 및 석영 알갱이가 없어야 함). 배합된 원료의 입자는 강소 없이 잘 섞이고 분쇄될 수 있을 만큼 충분히 미세해야 합니다. 입자 크기 분석을 위한 레이저 회절이 이를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

시멘트 원료 혼합 입자 크기

미세한 원료를 사용하기 위해서는 최적의 작동 요건도 필요합니다(특히 거친 하소기 및 석영 입자 방지). 원시 혼합물 입자는 딱딱하게 타지 않고 잘 섞이고 갈릴 수 있을 정도로 미세해야 합니다. 입자 크기 분석을 위한 레이저 회절이 이를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

Mastersizer는 실험실에서 품질 관리에 사용되며 Insitec 또는 Labsizer는 프로세스 제어에 사용됩니다. 

WROXI는 광석, 암석, 지질 재료 등 다양한 산화물을 다루는 고품질 합성 인증 기준 물질(CRM) 키트입니다. 모듈의 두 가지 목적: 1차 용융 유리 디스크 교정 또는 2차 가압성형 분말 교정의 개발

비드 기반 WROXI-CRM 기본 소프트웨어 패키지는 15개의 인증 기준 물질, 애플리케이션 템플릿 및 모니터링 샘플로 구성됩니다. 새로 추가된 WROXI-CRM Cement(9개의 추가 CRM)로 완성되면 다양한 원재료, 원료, 클링커 및 시멘트 시료의 1차 및 2차 원소 분석을 위한 기성 솔루션이 됩니다.

배가가스 배출이 적은 바이오매스, 혼합 연료 또는 화석 폐기물의 형태를 띄는 대체 연료가 자원 집약적인 화석 연료를 점점 더 많이 대체하고 있습니다. 이러한 첨가 연료는 연료 폐기물의 열량을 회수하여 시멘트 생산에서 발생하는 배기가스 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다. 

그러나 대체 연료는 화염의 온도 및 열 교환과 같은 매개 변수에 대한 영향을 평가하기 위해 안전성, 화학, 열 및 물리적 특성을 충분히 분석해야 합니다.

당사의 XRF 원소 분석기(Epsilon 4, Revontium, Zetium), 교차 벨트 원소 분석기(CNA Pentos-Cement), 광물학적 소형 X선 회절분석기(Aeris Cement), 자동 융합 샘플 기계(LeNeo, Eagon2, FORJ)를 사용하면 이 작업이 더욱 쉬워집니다.

클링커는 원료 예열, 하소 클링커화, 클링커 냉각, 분쇄 등의 파이로프로세싱으로 생산됩니다. 위에서 설명한 것처럼 시멘트의 올바른 특성을 얻으려면 적절한 하소 조건을 제어한 후 클링커를 빠르게 급랭해야 합니다.

그런 다음 하소(유리 석회)에 대한 적절한 관리와 불필요한 원소를 예방하고 시멘트에 대해 원하는 특성을 얻기 위해 양성 광물 상을 극대화하는 데 주의를 기울여야 합니다. 

클링커 광물학의 XRD 분석

X선 회절은 강도 발달에 영향을 미치는 C3S 함량 및 유형, 신선 특성에 영향을 미치는 C3A 함량 및 유형, 목표 한계보다 높아서는 안 되는 유리 석회 및 페리클레이스의 양을 정량화하여 적절한 하소와 올바른 클링커 광물학을 보장하는 최고의 분석 기법입니다. Malvern Panalytical의 분석 솔루션은 Aeris XRD 콤팩트 회절 분석기를 사용하여 이러한 모니터링을 지원합니다. 

클링커 생산에서 XRF는 어떻게 사용됩니까?

클링커 생산에서 XRF는 다음과 같은 몇 가지 중요한 용도로 사용됩니다.

• 원료 비율 조정: XRF는 클링커 생산에 적합한 혼합을 보장하기 위해 원료(석회석 및 점토 등)의 혼합을 최적화하는 데 도움이 됩니다.
• 프로세스 제어: 가마에서 클링커가 형성되는 동안 XRF는 공정 조건을 모니터링하여 성분 함량을 자주 평가하여 일관된 품질을 보장합니다. 기존 원소(칼슘, 알루미늄, 철, 규소) 외에도 연료 또는 원료 혼합물의 내부 재활용 스트림에서 원치 않는 원소(MgO, 알칼리, 황, 염소)를 제어합니다.
• 클링커 품질 보증: XRF는 시멘트 성능 특성과 직접적으로 연관된 클링커의 주요 원소, 미량 원소, 일부 미량 원소를 정량화합니다.
• 상 조성 통찰력: XRF는 클링커 상(예: C3S, C2S, C3A, C4AF)의 화학 조성을 식별하여 공정 조정 및 최종 시멘트 특성을 안내합니다.

요약하자면, XRF(Epsilon 4, Revontium, Zetium)는 클링커 품질, 공정 효율성, 전반적인 시멘트 생산을 향상합니다.

클링커 생산에 대한 지속 가능한 접근 방식

마지막으로, 위에서 설명한 것처럼, 제조업체는 높은 품질의 클링커를 목표로 할 뿐만 아니라 에너지와 자원을 절약하고 배출량을 줄이고 싶어 합니다. 

클링커의 파이로프로세싱은 1450°C의 하소를 필요로 하며, 관련 에너지는 일반적으로 하소로 및 가마의 메인 버너에서 석탄을 태워서 충족됩니다. 에너지를 절약하고 CO₂의 배출을 줄이기 위해 폐기물과 바이오매스가 점점 더 대체 연료로 사용되고 있습니다. 대체 원료도 사용됩니다. 

이러한 대체 연료 또는 대체 원료의 용량에는 클링커 반응성에 부정적인 영향을 방지하기 위한 몇 가지 특수한 통제가 필요합니다. 당사의 X선 솔루션을 사용하면 품질에 대한 영향 없이 클링커 생산을 위한 대체 솔루션의 이점을 누릴 수 있습니다.

시멘트는 시멘트의 원하는 특성을 얻기 위해 다양한 활성 성분(SCM)을 가진 클링커를 미세 분말로 분쇄하여 생산됩니다. 가장 일반적인 첨가물로는 비산회, 용광로 슬래그, 석회암 필러, 천연 포졸란, 석회화 클레이와 같은 석고와 혼합물이 있습니다. 이들은 목표로 하는 결정형 시멘트 상에 필요한 미세도와 적절한 비율의 혼합물에 기초가 됩니다. 

에너지 소비를 줄이려면 과분쇄가 최소화되어야 합니다. 완성된 시멘트의 입도는 수화 반응의 비율과 물의 양, 난연제 및 분산제의 양에 영향을 미치며 시멘트의 강도를 결정하는 핵심 요소입니다. 당사의 입도 분석 솔루션은 최적의 시멘트 입도를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 까다로운 공정 환경에서 실시간으로 신속한 분석을 제공하기 때문에 생산업체들은 모든 이상 징후에 신속하게 대응하고 정확한 목표치가 되도록 모니터링할 수 있습니다. 이로써 상당한 에너지 절감 효과와 단기 및 장기적으로 최적의 시멘트 강도를 실현할 수 있습니다. 또한 중단을 최소화하기 위해 빠르고 쉽게 설치할 수 있습니다.

황산염 함량 및 광물성 조성 유형(분쇄 중 탈수와 관련)을 모니터링하는 것은 알맞은 신선도와 알맞게 경화된 시멘트 특성을 얻는 데 매우 중요합니다. 혼합 시멘트의 경우 고객의 사양 및 CO₂ 배출 목표를 충족하려면 조성을 긴밀하게 통제해야 합니다(비결정성 물질 포함). 당사의 X선 형광 및 X선 회절 장비는 이러한 작업에 큰 도움이 됩니다.

콘크리트는 물, 응집체(암석, 모래 또는 자갈) 및 시멘트의 세 가지 기본 구성 요소로 구성됩니다. 일반적으로 분말 형태의 시멘트는 물과 응집체를 혼합할 때 결합제 역할을 합니다. 이러한 배합물 또는 콘크리트 혼합물을 부으면 모두가 익숙하게 사용할 수 있는 내구성 있는 자재로 굳어질 것입니다.

구조물 또는 도로가 파괴될 때 남겨진 골재를 활용하는 콘크리트의 재활용이 점점 더 대중화되고 있습니다. 과거에는 이런 잔해를 매립지에 폐기했지만 환경 문제에 더욱 관심이 높아지면서 콘크리트 재활용은 잔해를 재활용하는 동시에 건설 비용도 줄일 수 있었습니다.

두 경우 모두, 콘크리트가 예정된 작동성, 굳었을 때의 품질(내빙성, 수밀성, 방수 및 강도) 및 가격(물의 양)을 충족한다는 것이 가장 큰 관심사입니다.

콘크리트의 조성과 입도도 매우 중요합니다. 당사의 레이저 또는 X선 기반 장비는 이러한 특성을 정확하게 검사하는 데 필요한 정보를 제공합니다.