Elementaranalyse in der Herstellung von Zement Qualitätskontrolle von Zement - von der Zerkleinerung bis zur Elementaranalyse

Messung der Kohlenstoff- und Schwefelkonzentrationen

Eine zuverlässige Bestimmung des Kohlenstoff- und Schwefelgehalts in Zement ist ein wesentlicher Bestandteil des Qualitätskontrollprozesses. Ist der Schwefelgehalt zu hoch, könnte der Zement durch die chemische Reaktion der Schwefelsäure zerstört werden. Der Kohlenstoffgehalt wird in der Regel als CO2 und der Schwefelgehalt als SO3 angegeben. Im Allgemeinen verbrennen Elementaranalysatoren die Probe und messen die freigesetzten Gase. Anorganische Proben mit einem niedrigen Kohlenstoff- und Schwefelgehalt wie Zement werden normalerweise in einem Induktionsofen bei Temperaturen von bis zu 2200 °C verbrannt. Tabelle 1 zeigt typische Ergebnisse für CO2- und SO3-Konzentrationen in einer Zementprobe sowie in Holz und Kohle, die beide in vielen Zementfabriken als Brennstoffe verwendet werden.

Die Ergebnisse wurden mit dem CS-i-Analysator von ELTRA mit sehr niedrigen Standardabweichungen erzielt. Das System arbeitet zuverlässig und schnell mit einer typischen Messzeit von nur 60 bis 120 Sekunden.

Kohlenstoff / Schwefel Analysator Elementrac CS-i

Schwefel beeinflusst wesentlich die Alterung des Klinkers, da es durch Säurebildung zur Degeneration kommen kann. Der leistungsfähige Induktionsofen des CS-i oxidiert jegliche Baustoffproben bei mehr als 2000 °C im Sauerstoffstrom. Leistungsfähige Infrarotmesszellen gewährleisten die zuverlässige Bestimmung von Schwefel und optional Kohlenstoff.

Kohlenstoff / Schwefel Analysator Elementrac CS-d

Die leistungsfähige Kombination von Induktions- und Widerstandsofen in dem Analysator CS-d ermöglicht insbesondere in der Baustoffindustrie eine ökonomische Kohlenstoff- und Schwefelbestimmung.
Neben dem Induktionsofen für die Analyse von Baustoffen steht auch ein widerstandsbeheizter Keramikofen mit bis zu 1500 °C zur Verfügung. Dieser erlaubt die Analyse von Brennstoffen wie Kohle, Koks oder auch Ersatzbrennstoffen. 

Kohlenstoff / Wasserstoff / Schwefel Analysator CHS-r / CHS-580A

Der effektive Heizwert von Brennstoffen wird vom Kohlenstoff- und insbesondere vom Wasserstoffgehalt bestimmt. Bei der Verbrennung von Ersatzbrennstoffen entsteht durch den enthaltenen Wasserstoff eine nicht unerhebliche Menge an Wasser, welches aus dem Drehrohrofen verdampft werden muss. Dies reduziert den Heizwert merklich.
Eine effektive Kontrolle der Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel ist mit dem widerstandsbeheizten CHS-r möglich. Für einen hohen Probendurchsatz steht der CHS-580A mit Autoloader für 36 oder 130 Positionen zur Verfügung. 

Thermogravimetrischer Analysator TGA Thermostep

Die konventionelle Bestimmung von thermogravimetrischen Parametern wie Feuchte, Asche oder LOI (Loss On Ignition) mit Muffelöfen und externer Waage ist in der Regel zeit- und personalaufwendig.
Der TGA Thermostep ist ein programmierbarer Ofen mit integrierter Waage und bestimmt Asche, Feuchte und flüchtige Bestandteile in Brennstoffen sowie den LOI in Zement voll automatisch. 

Kohlenstoff / Wasser Analysator CW-800

In Baustoffen ist der an Carbonat gebundene Kohlenstoff (TIC) ein wichtiger Parameter. Dieser kann im CW-800 bei 1000 °C unter Stickstoffatmosphäre innerhalb einer Minute sicher und zuverlässig bestimmt werden.

Probenvorbereitung und Analyse

Da es sich bei Sekundärbrennstoffen häufig um weiche und elastische Materialien handelt, muss die primäre Zerkleinerung mit Schneid- und Scherkräften erfolgen, wie sie in Schneidmühlen angewendet werden. Hier muss das gleiche Schleifverfahren wie bei hartem und sprödem Material eingehalten werden: Vorschneiden mit anschließender Probenteilung und Feinmahlung. Da die Sekundärbrennstoffe in der Regel sehr heterogen sind, wird das Probenahmeverfahren deutlich, um korrekte Analyseergebnisse zu erhalten. Die Hochleistungsschneidmühle SM 300 von RETSCH verarbeitet problemlos inhomogene Probenmaterialien mit unterschiedlichen Brucheigenschaften und ist besonders betriebssicher. Es ist mit schwermetallfreien Schleifwerkzeugen für eine analyseneutrale Probenvorbereitung erhältlich und eignet sich daher ideal für die Verarbeitung von Sekundärbrennstoffen. Mit den drei austauschbaren Schneidrotoren und ihrem leistungsstarken Antrieb werden Textil- und Lederteile, Kunststoffkappen und duktile Metalldosen genauso effektiv zerkleinert wie abrasiver Elektronikschrott und nichtmetallische Autoschredderteile. Da diesem Schneidmechanismus Grenzen gesetzt sind, sollten Stahl- und Eisenteile vor dem Schneidvorgang durch einen Magnetabscheider getrennt werden. Die endgültige Feinheit wird hauptsächlich durch austauschbare Bodensiebe mit definierten Lochgrößen bestimmt. Je nach Probenmaterial können endgültige Partikelgrößen von < 2 mm erreicht werden. Ein Zyklon erhöht den Materialdurchsatz und hilft, die Schleifwärme abzuführen. Für das Feinmahlen bis zu 200 μm ist die Ultra-Zentrifugalmühle ZM 200 von RETSCH das ideale Werkzeug. Es schleift extrem schnell und dank des patentierten Kassettensystems ist es sehr leicht zu reinigen, was einen hohen Probendurchsatz ermöglicht. Die Probengröße wird wiederum durch ein austauschbares Sieb bestimmt. Die Erfahrung zeigt, dass eine Aperturgröße von 0,5 oder 1 mm völlig ausreichend ist, um eine analytische Feinheit zu erzielen. Sehr elastisches Material wie Gummi muss vor dem Vorschneiden und Endschleifen mit flüssigem Stickstoff versprödet werden, um ein Schmelzen der Probe zu vermeiden.

Aufgrund ihres unterschiedlichen Verbrennungsverhaltens (im Vergleich zu anorganischem Material) können Sekundärbrennstoffe nicht in einem Induktionsofen verarbeitet werden. Die geeignetste Wahl ist eine Messung mit einem Widerstandsofen bei einer Temperatur von 1.300 °C. Da Zementfabriken verschiedene Arten von Brennstoffen mit unterschiedlichen Heizwerten verwenden, ist es wichtig, den Kohlenstoffgehalt als perfekten Indikator für den Heizwert eines Materials zu messen. Schwefel ist dagegen ein wichtiger Parameter für die Verarbeitung der Rauchgasentschwefelung. Während Kohle einen relativ hohen Schwefelgehalt von bis zu 5% hat, sind es bei Sekundärbrennstoffen wie Holz oder Biomasse nur etwa 0,02%. Mit ELTRA Elementaranalysatoren können Proben mit stark schwankendem Schwefelgehalt präzise und zuverlässig untersucht werden.

Sekundärbrennstoffproben