PHÂN TÍCH CACBON VÀ LƯU HUỲNH TRONG XI MĂNG VỚI HORIBA EMIA
Trong những năm gần đây, sản xuất xi măng đã tăng trưởng trên toàn cầu một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, sản xuất xi măng là nguồn phát thải khí thải nhà kính thứ ba của con người. Do carbon dioxide (CO2) được thải ra trong quá trình sản xuất xi măng, chủ yếu thông qua quá trình đốt nóng nguyên liệu. Với triển vọng của ngành công nghiệp xây dựng, lượng gia tăng khí thải CO2 là một vấn đề cần được quan tâm. Do đó, lượng carbon trong xi măng có thể được sử dụng như một chỉ báo về lượng khí thải CO2 liên quan đến quá trình sản xuất.
Bên cạnh đó, việc đo lường lượng lưu huỳnh trong xi măng là rất quan trọng vì nó có thể ảnh hưởng đến các tính chất của xi măng và hiệu quả sử dụng của nó trong một số ứng dụng cụ thể. Lưu huỳnh có thể được đưa vào xi măng trong quá trình sản xuất hoặc có thể có mặt trong nguyên liệu được sử dụng để sản xuất xi măng.
Hàm lượng lưu huỳnh trong xi măng cao có thể gây ra các vấn đề như giảm sức bền nén, kéo dài thời gian đông kết, giảm độ bền, ảnh hưởng đến khả năng giãn nở của xi măng khi đông cứng. Ngoài ra, những hiện tượng suy giảm chất lượng các công trình xây dựng được biết đến là do sự hiện diện của các chất lưu huỳnh trong vật liệu xi măng.
Bên cạnh đó, lượng lưu huỳnh cao cũng có thể gây ra các vấn đề về môi trường. Vì khi xi măng được sử dụng trong xây dựng, lưu huỳnh phản ứng với các hợp chất khác trong môi trường để tạo thành các chất gây ô nhiễm có hại. Do đó, việc giám sát và kiểm soát lượng lưu huỳnh trong xi măng thành phẩm là rất quan trọng nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cũng như tuân thủ các quy định về an toàn sức khỏe và môi trường.
Phương pháp xác định lượng cacbon và lưu huỳnh trong mẫu xi măng là một phương pháp quan trọng, cho phép kiểm soát chất lượng của xi măng và đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết. Máy phân tích C/S EMIA Pro/Expert/Step của HORIBA là một trong những thiết bị được sử dụng phổ biến trong việc đo lường cacbon và lưu huỳnh trong xi măng.
Phân tích cacbon và lưu huỳnh trong mẫu xi măng với HORIBA EMIA-820V2
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý đo được thể hiện trong Hình 1, với máy đo EMIA 820V (model cũ của các dòng EMIA-Pro/Expert/). Mẫu được đặt trong một chén đất sứ trong lò gia tốc tần số cao. Mẫu được đốt ở nhiệt độ đã setup trước. Khí được tạo ra trong quá trình đốt cháy mẫu, sau đó dòng khí này sẽ được phân tích bằng bốn bộ phát hiện hồng ngoại, sau khi loại bỏ bụi và độ ẩm. Nồng độ lưu huỳnh được xác định thông qua phân tích SO2. Nồng độ carbon được xác định thông qua phân tích CO2 thấp và cao và CO.
Đặc điểm nổi bật
Đường cong nhiệt độ có thể lập trình
Lò nung tần số cao hoặc lò nung cảm ứng (induction furnace) được trang bị bộ điều khiển “plate current” cho phép người dùng dễ dàng tối ưu hóa nhiệt độ. Một số đường cong nhiệt độ có thể được tạo ra để quan sát các hiện tượng khác nhau như sự ô nhiễm bề mặt và các pha hoặc hình thái khác nhau của cacbon và lưu huỳnh.
Phân tích khí trực tiếp không cần chuyển đổi
Máy phân tích cacbon lưu huỳnh EMIA HORIBA sở hữu 4 bộ phân tích hồng ngoại (NDIR) phân tích trực tiếp CO, CO2 và SO2 tại mọi nồng độ.
Hệ thống máy tính
Tất cả các bộ phân tích EMIA Series được vận hành bằng một hệ thống máy tính riêng biệt, tương thích nhiều hệ điều hành.
Làm sạch tự động
“Auto Cleaner” (mục tùy chọn) cho phép làm sạch ống đốt và bộ lọc bụi sau mỗi lần đo. Bụi được loại bỏ vào hộp bụi bằng sự chênh lệch áp suất, không cần sử dụng máy hút bụi bên ngoài.
Chế độ tự động
Có thể thêm các module tiêu chuẩn cho tự động hoá (một phần hoặc toàn bộ) để vận hành liên tục 24/7.
Phương pháp chuẩn bị mẫu đo
Mẫu được sử dụng dưới dạng bột.
- Cân 0,1g mẫu vào một cốc đựng gốm đã được đốt.
- Cân 0,5g Sắt tinh khiết, 1,5g Wolfram và 0,3g Thiếc (vai trò là chất tăng tốc độ phản ứng – phân tích) vào cốc.
- Đặt cốc chứa mẫu trên chân cốc và bấm nút [START] để bắt đầu phân tích.
Điều kiện phân tích
Bảng 1: Điều kiện vận hành của thiết bị
| Dòng điện bắt đầu (mA) | Dòng điện kết thúc (mA) | Thời gian từ thời điểm bắt đầu đến thời điểm kết thúc sử dụng dòng điện | |
| Bước 1 | 0 | 175 | 5 |
| Bước 2 | 175 | 175 | 35 |
| Carbon | Lưu huỳnh | |
| Thời gian lọc khí | 15 s | 15 s |
| Thời gian chờ thích hợp | 5 s | 5 s |
| Thời gian thích hợp | 60 s | 70 s |
| Cấp so sánh | 1. 0 % | 2.0 % |
| Thời gian chờ so sánh | 15 s | 25 s |
Hiệu chuẩn
- Thiết lập hệ thống cho các điều kiện phân tích theo tài liệu hướng dẫn.
- Hiệu chỉnh hệ thống theo quy trình trong tài liệu hướng dẫn vận hành.
- Cân 1,5g Wolfram và 0,3g Thiếc để làm mẫu blank vào một cốc gốm đã được làm nóng. Cân 1,0g mẫu để phân tích mẫu blank nhằm so sánh. Lặp lại thao tác đo ít nhất 3 lần.
- Cân 1,0g JSS 150-14 (C: 0,48% khối lượng) vào một cốc gốm đã được làm nóng. Phủ mẫu bằng 1,5g Wolfram và 0,3g Thiếc. Lặp lại thao tác đo ít nhất 3 lần.
- Cân 1,0g JSS 243-4 (S: 0,346% khối lượng) vào một cốc gốm đã làm nóng trước. Phủ mẫu bằng 1,5g Wolfram và 0,3g Thiếc. Lặp lại thao tác đo ít nhất 3 lần.
- Cài đặt thiết bị sử dụng các điều kiện vận hành như trong Bảng 1.
- Bù tín hiệu của mẫu blank vì điều kiện phân tích cho mẫu chuẩn thép và mẫu xi măng là khác nhau. (Chi tiết xem nội dung về sự thay đổi tín hiệu của mẫu blank trong tài liệu hướng dẫn.)
- Cân 0,5g sắt tinh khiết, 1,5g wolfram và 0,3g thiếc làm mẫu blank trong một cốc gốm đã được làm nóng. Cân 1,0g mẫu để phân tích mẫu blank nhằm so sánh. Lặp lại thao tác đo ít nhất 3 lần.
Bảng 2: Kết quả phân tích mẫu xi măng
| Khối lượng (g) | Carbon (% Khối lượng) | Sulfur (% Khối lượng) |
| 0.1001 | 0.193 | 0.834 |
| 0.1011 | 0.191 | 0.819 |
| 0.1008 | 0.192 | 0.820 |
| 0.1021 | 0.190 | 0.824 |
| 0.1007 | 0.191 | 0.823 |
| Giá trị trung bình | 0.191 | 0.824 |
| Độ lệch chuẩn | 0.001 | 0.006 |
| RSD (%) | 0.60 | 0.72 |
| Khoảng giá trị | 0.003 | 0.015 |
Máy phân tích C/S EMIA 820V là một trong những thiết bị chuyên dụng cho phép xác định hàm lượng cacbon và lưu huỳnh trong xi măng. Máy có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng xác định hàm lượng C/S với độ chính xác cao và độ phân giải tốt. Hơn nữa, máy EMIA 820V cũng có thể thực hiện các phép đo với thời gian ngắn và độ ổn định cao, giúp tiết kiệm thời gian và năng lượng cho người sử dụng.
Máy EMIA 820V có thể giúp các chuyên gia và nhà sản xuất giám sát quá trình sản xuất xi măng một cách hiệu quả, đảm bảo chất lượng sản phẩm và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn môi trường. Bên cạnh đó, nhờ vào tính năng đa dạng và tùy chỉnh, người sử dụng có thể thực hiện các phép đo một cách linh hoạt và đáp ứng nhu cầu của từng ứng dụng cụ thể.
Hiện HORIBA đang cung cấp 3 dòng EMIA mới (bao gồm: EMIA-Pro, EMIA-Expert và EMIA-Step) với nhiều tính năng vượt trội hơn so với dòng EMIA 820V. Tham khảo thêm tại đây >>>
Tìm hiểu thêm các bài viết về HORIBA EMIA tại đây:
- Phân tích cacbon/ lưu huỳnh (C/S) với EMIA>>>
- Ưu – nhược điểm của máy phân tích nguyên tố C/S >>>
- Phân loại gang, thép trong sản xuất>>>
- Quy trình kiểm soát chất lượng gang/thép (QA) với EMIA>>>
- Hướng dẫn chuẩn bị mẫu phân tích gang thép >>>
Tài liệu tham khảo:
- Measurement of Carbon and Sulfur in Cement (horiba.com)
- Kamal, Nur Liyana Mohd, et al. “Carbon dioxide sequestration in concrete and its effects on concrete compressive strength.” Materials Today: Proceedings 31 (2020): A18-A21.
- Horkoss, Sayed, et al. “The effect of the source of cement SO3 on the expansion of mortars.” Case Studies in Construction Materials 4 (2016): 62-72.
- Benzaazoua, Mostafa, et al. “Cementitious backfill with high sulfur content physical, chemical, and mineralogical characterization.” Cement and concrete research 29.5 (1999): 719-725.