X荧光光谱分析仪在水泥生产中的应用
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摘要：介绍了X荧光光谱分析仪的原理和使用要求，结合近年来新型干法水泥生产技术的广泛应用和不断发展，通过在水泥企业中应用X荧光光谱分析仪和水泥企业传统化学分析方法的对比分析，深入阐述了在现代化水泥企业的生产和质量控制过程中使用X荧光光谱分析仪的必要性和重要性。
关键词：X荧光；光谱；分析；水泥
Abstract: This paper introduces the X fluorescence spectrum analyzer principle and the use requirements, combined with the recent new dry cement production technology development and application in cement enterprises, through the application of X fluorescence analyzer and cement company of traditional chemical analysis method of comparative analysis, elaborated in the modern cement production and quality control process using X fluorescence spectrum analyzer and the importance and necessity of.
Key words: X fluorescence; spectrum analysis; cement;
中图分类号：文献标识码：A 文章编号：
1 引言
众所周知，X荧光光谱分析仪是国际上公认的工业分析仪器。早在上个世纪的80年代，西方发达国家已在石油、化工、冶金、建材、商检、质检、环保以及科研和大专院校广为使用。X荧光光谱作为常规分析手段，已成为物质组成分析的必备方法之一。X荧光光谱分析仪是一种先进的分析仪器，近二十年来，随着科学技术和计算机技术的发展，这种分析仪器得到日益广泛的应用。国外先进国家在水泥科研领域和水泥工业生产中，已广泛采用X荧光光谱仪进行水泥产品及其原材料化学成分分析和生料配料的控制，取得了良好的效果。新型干法水泥生产具有产量高、质量稳、自动化程度高的特点，对产品的质量也提出了更高的要求。X荧光分析仪具有分析速度快、检测元素广、精确度高、操作简便等优点，是现代化水泥企业质量控制的重要分析仪器，它可精简化验人员，大大减轻分析人员的劳动强度，为生产控制及时提供分析数据指导生产。
2 X荧光光谱分析仪简介
WDX200型X荧光光谱分析仪是北京邦鑫伟业技术开发有限公司在国家“九·五”攻关项目的基础上，总结我国多年来研制X荧光分析仪的经验和教训，并吸收国际先进技术基础上，深入进行产业化研发形成的高科技产品，各项技术性能指标均已达到国际同类产品先进水平,是自主研制、开发和生产的，拥有自主知识产权的多通道（10通道）波长色散X荧光光谱分析仪，可同时测量Na—U之间的任意十种元素，测量时间≤2分钟，分析精度高。X荧光分析仪系统主要由样品制备设备（包括振动磨、压片机）、X荧光分析仪、计算机系统（主要包括主机、监视器、打印机、键盘、X荧光分析仪数据通讯接口、DCS系统通讯接口）等，与其他相关设备配合构成X荧光分析仪生料质量控制系统。Ｘ荧光分析仪主要用于生料化学成分的分析，以实现原料配比的在线自动化控制，保证入窑生料率值的标准偏差达到规定指标；同时，X荧光分析仪也可用于各种原料、燃料、熟料、水泥的离线分析。
2.1 X荧光光谱分析仪的原理
物质由原子组成，原子则由原子核和核外电子构成。当样品中某种元素的原子受到由X光管发出具有适当能量的初级X射线光子激发时，该原子的核外电子，一般是K层或L层等较内层的一个电子将吸收其能量而从该原子中电离出去，该轨道上就出现1个电子空位。此时处于位能较高的轨道电子将迅速自动地填补此空位，此过程称作电子跃迁。高能轨道电子向低能轨道跃迁时，一般以发射X射线(X光子)的方式释放出能量，此X光子的能量即等于两个轨道的电子位能差。由于各种元素的核外电子轨道位能互不相同，因此，受激发后发出的X射线光子能量互不相同，即每种元素发射该元素原子所特有能量的X射线，代表了该元素的特征，因此称作该元素的特征X射线。X荧光光谱分析仪正是依靠其由若干个固定的元素测定道（也称作分光器）组成的分光系统，用每一道分光器来测定一种元素的含量，如果被测元素的种类较多，则所需要的分光器就越多，也就是所谓的多通道波长色散X荧光光谱分析仪。如图1所示：
图1多通道波长色散X荧光光谱分析仪原理图
2.2 X荧光光谱分析仪的布置要求
X荧光光谱仪属大型精密仪器，对用户实验室的环境条件有一定要求，介绍如下：
1.实验室
一般最少应有两间实验室，其一为仪器室放置仪器；另一间为制样室，放置一般制样设备等。
2.仪器室
面积不小于15m2，推拉门阔宽不小于1m 。
设空调：夏季温度和冬季温度应在20～24℃之间。温度应保持在设定值±2℃范围内，湿度不大于70%。
供配电：在仪器近旁壁上安装配电箱。配电箱要求如图2，内装二相空开4只（15A带漏电保护，接不同相线），二相插座4只（10A）。
地线：埋设专用地线（≤4Ω，供仪器机架接地）。
仪器室内应保持洁净。
3.制样室
制样室内有压片机、小型震动磨等制样设备，同时应配备0.1%以上天平一台，100g～200g架盘天平一台，相应的工作台。根据标样种类和数量配备若干个干燥器及样品架（或柜），用以存放标样。此外根据实际需要配置玛瑙研钵及器皿、工具等。制样室面积以不小于15m2为宜。
3 X荧光光谱分析仪的应用
新型干法水泥生产技术是以悬浮预热和预分解技术为核心，并把现代科学技术广泛应用于水泥干法生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护要求和工艺装备大型化、生产控制自动化、实行科学管理的现代化水泥生产方法。其中，生料配料和熟料煅烧是整个生产过程的两大核心环节。一般来说，在新型干法水泥生产技术中，为保证煅烧过程的稳定，提高窑的熟料产量和质量，生料的均匀性（稳定性）要求及各元素含量的控制要求远比其他窑型要严格的多。为了满足新型干法水泥生产工艺条件的要求，必须全部对生产过程中的原燃料的化学成分进行及时、准确的分析和控制，传统的化学分析方法已经完全不能满足生产过程的需要。以生料配料过程为例：传统的化学分析方法对生料的全分析一般是一次/8小时（少数水泥生产企业采用一次/4小时，但分析人员劳动强度大、人数多、费用高），当配料出现问题时，一般要等到全分析结果出来以后才能发现，这时距离出问题的时刻可能已经好几个小时了，即使是日产1000吨的水泥生产线，也会有上百吨的问题料出现，直接影响煅烧过程的稳定性，特别对于使用连续式生料均化库的生产线，这种情况导致的后果非常严重。而采用X荧光分析仪以后，我们可以每一个小时（如果需要，可以做到每半个小时）就提供一次生料全分析的准确数据，这样可以随时对配料过程、配料的目标值及相关的设备进行控制、调整和监测，保证入窑生料成分的稳定性，从而保证煅烧过程的稳定性和连续性。
以下是WDX200型X荧光光谱分析仪在新疆某水泥企业的应用实例。如表1
从表1中可以看出X荧光光谱分析仪分析结果的用途可分为三类：
1、直接用于生产控制：如出磨生料分析、出磨水泥中SO3分析、煤粉分析等。
2、用于生产过程监控：如入窑生料分析、出磨水泥成分分析（监控混合材掺加量）、出窑熟料等。可迅速发现有关工艺环节出现的差错或设备故障情况。
3、用于质量管理：如出窑熟料分析、出厂水泥分析、原料分析等。
4 结语
在水泥的生产过程中采用X荧光光谱分析仪可以充分利用该仪器快速准确的优点，对各种原燃材料、生料、熟料、水泥进行全过程的跟踪检测，并针对不同的情况由DCS系统进行实时的调整，实现真正意义上的事前和事中控制。既有助于减少水泥企业的工艺事故，稳定水泥质量，提高水泥产量，又有助于全面强化和提高水泥企业整体管理水平，缩减人员编制，节省检验费用。可见，X荧光光谱分析仪作为水泥生产过程控制中一个核心的检测手段，对于水泥生产的全过程具有不可或缺的重要意义。
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