Gli analizzatori elementari ELTRA hanno svolto un ruolo fondamentale nel controllo qualità dell'industria cementiera per oltre tre decenni.
La produzione di cemento implica varie fasi tra cui l'estrazione e la frantumazione della materia prima (calcare, argilla e sabbia), l'essiccazione e la macinazione in un mulino, la combustione in un forno tubolare rotante ed infine la polverizzazione del cemento stesso. Gli analizzatori di cemento ELTRA sono validi supporti e vengono implementati in tutte le suddette fasi del processo.
Grazie agli analizzatori Eltra è possibile effettuare molteplici analisi su un'ampia gamma di materiali, come ad esempio l'analisi chimica del cemento, l'analisi CO2 di cemento, l'analisi SO3 di cemento, l'analisi PAF, la perdita al fuoco, l'analisi TGA, l'analisi di umidità, l'analisi TOC, l'analisi TIC, l'analisi di carbonio organico, l'analisi di carbonio inorganico, l'analisi del potere calorifico dei combustibili, l'analisi di idrogeno nei carboni, l'analisi di carbonio, l'analisi di zolfo e l'analisi dei combustibili solidi secondari.
A reliable determination of the carbon and sulphur content in cement is an essential part of the quality control process. If the sulphur content is too high, the cement could be destroyed as a result of the chemical reaction of sulphuric acid. The carbon content is usually certified as CO2 and sulphur content is given as SO3. In general, elemental analysers combust the sample and measure the released gases. Inorganic samples with a low carbon and sulphur content such as cement are usually combusted in an induction furnace at temperatures up to 2200°C. Table 1 shows typical results for CO2 and SO3 concentrations in a cement sample and also in wood and coal which are both used as fuels in many cement factories.
The results were obtained with ELTRA’s CS-i analyzer, with very low standard deviations. The system works reliably and quickly with a typical measurement time of only 60 to 120 seconds.
Il contenuto di zolfo influenza fortemente l'invecchiamento del mattone, poiché la produzione di acido (in combinazione con acqua) può provocare una degenerazione del materiale.
Mentre il potente forno ad induzione dell'analizzatore di carbonio e zolfo CS-i fonde tutti i tipi di materiale da costruzione in un'atmosfera di ossigeno puro a temperature superiori a 2.000° C, quattro celle a infrarossi indipendenti con range flessibili di misurazione determinano con precisione il contenuto di zolfo e di carbonio.
La perfetta combinazione della fornace ad induzione e a resistenza (ELTRA Dual Furnace Technology) si traduce in una soluzione precisa ed economica per l'analisi elementare di carbonio e zolfo nei materiali da costruzione.
Oltre al forno a induzione per l'analisi elementare dei materiali da costruzione, CS-d è anche dotato di un forno a resistenza che consente di raggiungere temperature fino a 1.550° C. Il forno a resistenza è ideale per l'analisi di materiali combustibili come carbone, coke o combustibili secondari.
Il potere calorifico effettivo dei carburanti dipende dal contenuto di carbonio e, soprattutto, da quello di idrogeno. Quando i combustibili secondari vengono sottoposti a combustione, dal contenuto di idrogeno si crea un'ingente quantità di acqua la quale dev'essere vaporizzata attraverso un forno tubolare rotante. Tale procedura riduce significativamente il potere calorifico del carburante.
L'analisi elementare e la determinazione affidabile del contenuto di carbonio, idrogeno e zolfo sono quindi essenziali: il CHS-r grazie alla fornace a resistenza ad alta temperatura è l'analizzatore ideale per tale compito. Per ottenere un'elevata produttività dei campioni, CHS-580A è disponibile con un autoloader per 36 o 130 crogioli.
La determinazione di parametri termogravimetrici come l'umidità, le ceneri o la perdita al fuoco (Loss On Ignition) attraverso l'utilizzo di forni a muffola e bilance esterne richiede in molti casi tempo e comporta costi operativi elevati in termini di personale.
TGA Thermostep è un analizzatore termogravimetrico programmabile con bilancia integrata in grado di determinare molteplici parametri nei combustibili come umidità, sostanze volatili e ceneri, nonché la perdita al fuoco (LOI) nel cemento a temperature e atmosfere definite dall'utente in un'unica analisi.
Un altro importante parametro nel controllo qualità dei materiali da costruzione è determinato dal carbonio inorganico totale (TIC). Questo valore può essere determinato grazie all'analizzatore CW-800 in atmosfera di azoto a 1.000° C. L'analizzatore elementare fornisce risultati affidabili in un solo minuto.
A constantly growing number of cement plants not only use fossil fuels for the cement clinker burning process but also secondary fuels. Secondary fuels either consist of residues from a wide range of manufacturing and production areas or of residues with a high calorific value which are usually obtained from heterogeneous waste. These secondary fuels must meet all the requirements of primary fuels with regards to product quality and environmental safety. Therefore, they have to be prepared and analyzed in the same way and, in addition, they have to be analyzed for their gross calorific value to ensure a stable and reproducible combustion process.
As secondary fuels are often soft and elastic materials, primary size reduction has to be effected with cutting and shearing forces such as are applied in cutting mills. Here, the same grinding procedure as for hard and brittle material has to be followed: Pre-cutting followed by sample division and fine grinding. Since the secondary fuels usually are very heterogeneous, the sampling process becomes evident for correct analytical results. RETSCH’s heavy-duty cutting mill SM 300 easily handles inhomogeneous sample materials with different breaking properties and is especially safe to operate. It is available with heavy-metal-free grinding tools for neutral-to-analysis sample preparation which makes it ideal for processing secondary fuels. With the three exchangeable cutting rotors and its high powered drive, textile and leather parts, plastic caps and ductile metal cans are cut up just as effectively as abrasive electronic scrap and non-metallic car-shredding parts. As there are limits to this cutting mechanism, i.e. steel and iron parts should be separated by a magnetic separator before the cutting process. The final fineness is mainly determined by replaceable bottom sieves with defined aperture sizes. Depending on the sample material, final particle sizes < 2 mm can be achieved. A cyclone increases the material throughput and helps to dissipate the grinding heat. For the fine grinding down to 200 μm, the Ultra-Centrifugal Mill ZM 200 from RETSCH is the ideal tool. It grinds extremely fast and thanks to the patented cassette system it is very easy to clean which allows for high sample throughput. The sample size again is determined by an exchangeable sieve. Experience shows that aperture size of 0.5 or 1 mm is fully adequate for obtaining analytical fineness. Very elastic material like rubber has to be embrittled with liquid nitrogen before pre cutting and final grinding to avoid melting of the sample.
Due to their different combustion behaviour (compared to inorganic material), secondary fuels cannot be processed in an induction furnace. The most suitable choice is a measurement with a resistance furnace at a temperature of 1,300°C. As cement factories use different types of fuels with different calorific values, it is essential to measure the carbon content as a perfect indicator for the calorific value of a material. Sulphur, on the other hand, is an important parameter for processing the combustion gas desulphurisation. Whereas coal has a rather high sulphur content of up to 5%, it is only around 0.02% for secondary fuels such as wood or biomass. With ELTRA elemental analyzers samples of greatly varying sulphur content can be examined precisely and reliably.
Quality control is an important aspect of cement production. Sample preparation is an essential part of it, because only a representative and reproducible processing of the sample material ensures reliable and meaningful analysis results. Retsch offers a range of instruments for dividing, crushing, grinding and sizing all materials which are involved in the production process of cement, including secondary fuels. To ensure the right choice of instrument for the right sample material, Retsch offers free-of-charge sample testing in application laboratories all over the world. Elemental analysers based on combustion technology are a useful addition to XRF analysis for the quality control of cement and related products, ensuring fast, precise and reliable determination of carbon and sulphur. With its offering of analyzers using resistance or induction furnaces or both, ELTRA covers a wide range of applications for C and S determination in organic and inorganic samples. The product range is ideally suited to the variety of analytical applications in a cement plant.
