水泥业物料成份分析仪器的发展前景

　　水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥是重要的建筑材料，用水泥制成的砂浆或混凝土，坚固耐久，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

　　水泥生产质量控制对象主要包括：原材料、燃料、生料、熟料和出磨水泥及出厂水泥等。水泥生产质量控制要以配料为纲，努力提高熟料质量，确保出厂水泥符合国家标准及有关规定。水泥的生产工艺，以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，喂入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。

　　1.我国水泥工业物料成份分析仪器的发展概况

　　70年代以前水泥的主要生产方式是湿法，料浆的物料成分很均匀，容易控制，调库、倒库的时间长，用传统的化学分析法就能够很好的控制入窑生料成分。

　　70年代以后，各国水泥工业的生产方式以新型干法窑外分解窑为主，我国地方水泥则大力发展机立窑，其生料均为干粉状态，生料成分及均匀性都难于控制。特别在新型干法水泥生产线中，窑、磨等主机产量大，时效性强，而且每个工序都要控制物料成份。传统的化学分析方法只能每天做生料全分析，完全不能满足现代化、大规模水泥生产对质量控制的需要，必须以快速、准确的仪器分析来代替化学分析。

　　国内为解决物料仪器分析问题，早在60年代中国建材研究院与上海跃进仪器厂合作研制出X射线荧光分析仪，70年代日本展览会上有一台同位素在线钙量仪，被国家建材总局收购并以此为样机，由中国建材研究院、合肥水泥研究院和琉璃河水泥厂联合研制在线钙铁分析仪和生料配料控制系统，并一直在琉璃河水泥厂使用。80年代中国建材研究院在原在线钙铁分析仪的基础上又研制出同位素离线钙铁分析仪和同位素多元素分析仪，目前国内已有好几家企业生产这类仪器并在水泥厂广泛应用，进行生料成分控制和率值控制。

　　2.我国水泥工业物料成份仪器分析的现状

　　目前1000t/d以上的水泥生产线均有以X射线荧光分析仪为主体的生料质量控制系统（QCX），过去大多数是配备菲利浦和日本的分析仪。近一段时期已有部分国产的多元素分析仪获得应用。我国水泥工业应用的物料成份分析仪器有

　　（1）X射线荧光分析仪：适用于大中型水泥厂，均为进口仪器；

　　（2）X射线荧光能谱仪：适用于所有水泥厂，用于率值控制；

　　（3）同位素多元素分析仪：主要用于中型和机立窑水泥厂，用于率值控制；

　　（4）同位素在线、离线钙铁分析仪：主要用于生料成分控制，其中离线分析仪在机立窑水泥厂应用比较广泛；

　　（5）在线中子活化分析仪：可以在线分析块、粉状物料，宜于前馈控制，可降低均化库和预均化库的投资。华新水泥公司已引进一套，即将投入运行；

　　（6）自动化学分析仪。

　　就生料质量控制而言，我国配料成分要求控制三个率值，所以至少要测量生料中的Ca、Fe、Si、AL及烧失量，降低有害成分的混入量，需用多道荧光分析仪。过去分析仪器均需引进国外产品，价格高，除新建和技术改造的大、中型水泥厂应用这种大型分析仪器外，其他水泥厂均用每天化学全分析和每小时钙铁分析生料成分控制方法。其中又有利用离线钙铁仪的成分控制和化学滴定法仅控制入磨物料的重量控制方法，这类方法虽然不能完全满足生料质量控制的需要，它是目前通用的控制方法。

　　3.大力促进分析仪器的国产化

　　仪器分析是化学学科的一个重要分支，它是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法。利用较特殊的仪器，对物质进行定性分析，定量分析，形态分析。每一种分析方法所依据的原理不同，所测量的物理量不同，操作过程及应用情况也不同。虽然有些大公司在国内设有维修部门，但费用高，而且国外仪器更新快，不少备件过一段时间就难于供应，也不适合我国国情。

　　为了大力推广仪器分析技术，提高熟料和水泥质量，以及降低水泥生产线的投资，国家科委组织了物料成分分析仪器的国产化的研究开发项目，其样机和商品化尚需一段时间。目前我国一些合资公司已有利用国外的元器件组装、国内配套测试、控制软件的荧光分析仪，也有利用同位素的多元素分析仪进行物料成份的分析、控制水泥质量，已取得较好的效果。

　　仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。仪器分析与化学分析（chemical analysis）是分析化学（analytical chemistry）的两个分析方法。仪器分析的分析对象一般是半微量（0.01-0.1g）、微量（0.1-10mg）、超微量（<0.1mg）组分的分析，灵敏度高；而化学分析一般是半微量（0.01-0.1g）、常量（>0.1g）组分的分析，准确度高。仪器分析大致可以分为：电化学分析法、核磁共振波谱法、原子发射光谱法、气相色谱法、原子吸收光谱法、高效液相色谱法、紫外-可见光谱法、质谱分析法、红外光谱法、其它仪器分析法等。

　　国产化仪器在满足分析、稳定性与可靠性的前提下，其价格优势明显，一般为进口仪器的一半，有的甚至更低，备配件易保证，维修、培训方便，其设计使用条件也都尽量考虑了结合国情。物料成分分析仪器的市场是很大的，虽然2000t/d以上的已投产的30余条线大部分都配有进口的分析仪，其中一项重要内容就是建立以分析仪器为主的生料质量控制系统；已经有分析仪器的企业为保证生产都有增加备用仪器的需要；不少大型机立窑企业为提高产品质量，也是需要配置成份分析仪的。可见大力促进物料成份分析仪器的国产化已势在必行。

　　4.对国产化分析仪器的建议

　　水泥生产过程是连续化大生产，所以对在生产线上应用的所有设备首要的要求是稳定、可靠，否则将影响生产，造成很大损失，如一条4000t/d的水泥生产线停产一天的损失至少120万元（300元/t熟料计），每小时就损失5万元。物料成份分析仪的使用需要有配套的其他设备。因此仪器供应厂商应能配套供应，大致包括：

　　（1）自动连续取样器：适用螺旋输送机、皮带输送机、空气斜槽、溜子等设备设施和块状、粉状物料；

　　（2）制样设备：包括物料的粉磨、压片、制片；

　　（3）样品的输送设备；

　　（4）生料质量控制系统：包括物料喂料计量设备、控制计算机、通讯和应用软件。

　　由于我国地域广阔，各地原料不同，所以会有多种配料方案，根据均化条件又有不同的控制方案才能满足生产的要求。磨机又具有长时滞、时变特性，采用常规的调节方法不能满足要求。因此，需要用近代控制理论编制软件。

　　国家水泥标准中尚无仪器分析方法的标准。仪器分析方法不同于化学分析方法，它是一种对比方法，又受物料晶体结构的影响，没有统一的标准试样等，所以为了企业的应用和仪器的国产化均需要制定相应仪器分析方法标准。