(高清版)GBT 40407-2021 硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射分析方法

GB/T40407—2021硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T40407—2021本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容有可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國建筑材料聯合會提出。本文件由全國水泥標準化技術委員會(SAC/TC184)歸口。本文件起草單位：中國建筑材料科學研究總院有限公司、華潤水泥技術研發(fā)(廣西)有限公司、安徽海螺建材設計研究院有限責任公司、理學電企儀器(北京)有限公司、中國長江三峽集團有限公司、陽江市大地環(huán)保建材有限公司、河南省開元建筑勞務有限公司、新疆維吾爾自治區(qū)產品質量監(jiān)督檢驗研究建材有限公司、北京科筑建筑工程質量監(jiān)測有限公司、株洲宏信科技發(fā)展有限公司、中鐵十八局集團有限公司、北京建筑材料科學研究總院有限公司、重慶建工市政交通工程有限責任公司、中建新疆建工(集團)有限公司、中建新疆建工集團第一建筑工程有限公司、島津企業(yè)管理(中國)有限公司、京信瑞通科技(北京)有限責任公司、浙江南方水泥有限公司、四川棉筑新材料有限公司、廣州金蟬花科技有限公司。1GB/T40407—2021硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射分析方法警示：本分析方法所使用的X射線衍射儀應有專門的輻射防護措施以避免輻射泄漏。儀器廠家應保證X射線衍射儀的輻射劑量滿足《放射性裝置和射線裝置管理條例》的要求。X射線是由高電壓產生的，峰值高達55kV,操作X衍射儀時應時刻注意安全，避免發(fā)生操作人員受到嚴重電擊。1范圍本文件規(guī)定了硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射分析方法的原理、X射線衍射儀的校準和定量分析程序的確認、測定步驟和報告。本文件適用于測定硅酸鹽水泥熟料中各礦相[包括阿利特(硅酸三鈣，C?S)、貝利特(硅酸二鈣C?S)、鋁酸鹽(鋁酸三鈣，C?A)、鐵鋁酸鹽(鐵鋁酸四鈣，C?AF)],也可以測定水泥中的方鎂石(氧化鎂，MgO)、鉀芒硝(硫酸鉀，KS)、半水石膏(半水硫酸鈣、無水石膏(硫酸鈣，CS)和方解石2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T2007.1散裝礦產品取樣、制樣通則手工取樣方法3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。X射線衍射X-raydiffraction;XRDX射線在晶體材料中被電子散射，相干散射光沿特定方向出現干涉加強的結果。注：每種晶體所產生的衍射花樣都反映出晶體內部的原子分布規(guī)律?；诓祭穹匠?，當晶體組成元素、基團或結構有差異時，衍射譜圖在衍射峰數目、角度位置、相對強度以及衍射峰形上就會表現出來。XRD圖譜可以作為晶體的定性分析和定量分析依據。擇優(yōu)取向preferredorientation晶粒相對于樣品表面的非隨機取向。注：擇優(yōu)取向導致某些XRD譜線強度的重大變化，是XRD分析中的誤差來源之一。擇優(yōu)取向可通過長時間粉磨減少取向程度，但不能消除?？煽啃砸蜃觬eliabilityfactor反映總體擬合圖譜與實測XRD圖譜一致性程度的參數。2GB/T40407—20214原理從衍射強度理論可知，多相混合物中某一礦相的衍射強度，隨該礦相的相對含量的增加而增加。X射線衍射分析方法是通過被測樣品的原始XRD圖譜和各個礦相的晶體信息文件，定性分析樣品中的礦相組成，然后通過定量分析擬合計算圖譜峰強度，得到不同礦相的相對含量。XRD圖譜適用于硅酸鹽水泥熟料的礦相的定量分析。Rietveld定量分析是全譜擬合，直接使用最小二乘法精修結晶學參數和儀器參數對實測XRD圖譜進行分析，這種數據分析方式最大限度地減少了計算圖譜與實測圖譜之間的差異，可以用于計算水泥熟料礦相的相對含量。5X射線衍射儀的校準和定量分析程序的確認5.1校準5.1.1應按附錄A中所述程序對X射線衍射儀進行校準。校準標定物質包括硅粉、拋光的均密石英巖或氧化鋁樣品。5.1.2X射線衍射儀正常運行時，應每6個月進行一次校準。5.1.3X射線衍射儀在更換X射線管，改變探測器，添加或去除單色儀等涉及光路的調試后，應進行校準。5.1.4如果在特定實驗室中使用多個X射線衍射儀進行相同的分析，即使儀器基本相同也應分別進行校準。5.2定量分析程序的確認5.2.1在進行硅酸鹽水泥熟料礦相分析之前，應對所使用的XRD定量分析程序進行確認，并保留每一次分析程序確認數據的記錄。生產方應根據合同或訂單中的要求向購買方公開這些數據。5.2.2當測試數據不符合表1中允許差要求時，應重新確認定量分析程序。表1測定結果的允許差成分同一實驗室的允許差%不同實驗室的允許差%阿利特貝利特鋁酸鹽鐵鋁酸鹽5.2.3在對XRD定量分析程序進行確認時，應使用一個已知礦物組成的熟料樣品。確認時應對該熟料重復測定不少于3次，每次測定應重新制樣裝樣，使用規(guī)定的定量分析程序以獲得阿利特、貝利特、鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽各礦相的比例。通過重復測定的平均值與已知礦物組成值的差別，對XRD定量分析程序的結果進行修正。3GB/T40407—20216測定步驟應按GB/T2007.1規(guī)定的方法取樣。所取的熟料樣品應具有代表性，可連續(xù)取，也可從5個以上按四分法取30g有代表性的樣品，在轉速為750r/min～950r/min的振動磨上粉磨200s～300s,滴加4～6滴無水乙醇助磨。粉磨后的熟料樣品全部通過45μm篩。將熟料粉置于密閉玻璃瓶中，放干燥器中保存。用壓片機將粉磨好的熟料樣品壓片后放置于樣品臺上。6.4設置XRD儀掃描參數使用每個礦相的晶體信息文件(cif文件)計算該礦相的含量，礦物特征峰按附錄B中表B.1選取。在報告中將不同晶型的同一礦相合并計算。使用XRD定量分析程序組合這些計算圖譜擬合原始的實測圖譜，得到最佳擬合[精修可靠性因子(Rwp)收斂，且Rwp<8%]時每個礦相的相對含量。本文件所列允許差均為絕對偏差。同一試驗室的允許差是指：同一分析試驗室同一分析同一試樣時，兩次分析結果應符合表1中的規(guī)定。如超出允許范圍，應在短時間內進行第三次測定結果的平均值之差應符合表1的規(guī)定。7報告——礦相及含量；4GB/T40407—2021(規(guī)范性)X射線衍射儀的校準A.1引言本附錄給出了一種校準衍射儀的程序，以確保XRD定量分析程序在較長時間內(幾年或更長時A.2.1只要程序的某些方面[例如，可靠性因子(Rwp)]沒有改變，峰值強度比和質量比之間的關系是通用的。在其他衍射儀上安裝該程序或調整和更換X射線衍射儀的X射線管時，不用升級程序。A.2.2XRD定量分析過程標準化的基本要求如下：——單色器偏振效應得到校正；——采用衍射峰積分強度；——對衍射儀進行適當的幾何校準實現標準化和分析。注1:消光是由于連續(xù)晶面的干涉導致的衍射強度的降低。注2:微量吸收指樣品中礦相的吸收對衍射信號強度的影響。不同的礦相組成會導致測定的衍射強度變化，變化A.3校準A.3.1適當校準的損失會導致峰值強度與20角的系統(tǒng)變化，從而使XRD定量分析程序無效。A.3.2每6個月應使用XRD定量分析程序對一個標定物質進行分析。測試物質的20角盡量分散，覆蓋較廣的特征峰位置、強度和分辨率(即峰寬或部分重疊峰的峰谷強度的比值)。合適的標定物質包括A.3.3正確的校準應考慮以下指標：——正確的峰值位置；——合適的峰值強度；——一個或多個峰的峰強度的合適比例；——合適的峰值分辨率。這些指標均應用于確定適當強度的峰值。正確的峰值位置應在其標稱值20的+0.02°(CuKα)范圍內。合適的峰強度取決于很多因素，因此應根據經驗確定礦相的特征峰。合適的峰值強度比應在標稱值的5%以內。基于經驗，同樣可以為特定的衍射儀確定合適的峰值分辨率。5GB/T40407—2021(規(guī)范性)用于水泥熟料XRD定量分析的礦相XRD圖譜B.1概述XRD定量分析基于熟料礦相晶體結構參數的精細調整將計算和測量的XRD圖譜的差值最小化。礦相晶體結構參數包括每個礦相的化學(固溶體)和結構特性(晶格參數)。晶體結構數據描述了水泥熟料中可能發(fā)生的結晶相的結構和化學組成。由于大量的礦相和大范圍衍射峰的重疊，使得硅酸鹽水泥熟料礦相的定量測定很難從XRD圖譜中獲得。傳統(tǒng)的峰面積測量方法相對不精確，因為難以分解高度重疊的圖譜。Rietveld分析模型相對于這些傳統(tǒng)的基于標準化的方法的優(yōu)點是：可以全譜擬合XRD圖譜多晶結構數據。Rietveld分析考慮了強度測量中的再現性、圖譜中樣品位移偏移、特征峰晶格參數以及受固溶摻雜影響的特征峰強度。使用各礦物的標度因子、相密度和晶胞體積，根據公式(B.1)計算相對礦相含量：…………(B.1)式中：wp——礦相(p)的質量分數；Sp——Rietveld標度因子；Z——單個晶胞中包含化學式分子的數量；M——相對分子質量；V——晶胞體積。B.2準確分析的最低要求準確分析的最低要求包括：a)通過步進掃描收集準確的熟料樣品衍射數據；b)具有與樣品中發(fā)現的實際結構接近的晶體結構數據；c)準確反映XRD圖譜和峰形的系統(tǒng)誤差的模型。B.3礦相定性鑒定可通過表B.1中列出的主要特征峰進行礦相定性鑒定，其中列出了可分辨的常見特征峰。水泥熟料中礦相眾多，且衍射峰之間重疊嚴重，傳統(tǒng)的礦相鑒定方法在這里作用不大，應使用ICDD參考數據庫的XRD圖譜或其他參考圖譜完成每個礦相的確認。6GB/T40407—2021表B.1常見水泥礦相特征峰強度和ICDD卡號礦相(相對峰值強度)ICDD卡號石膏(100)0.7627鐵鋁酸鹽(45)0.7249重晶石(80)0.599741-224石膏(100)0.4284鋁酸鹽，立方(6)0.4235單鉀芒硝(28)0.4175單鉀芒硝(23)0.4158鋁酸鹽，立方(12)0.4079石膏(17)0.3799鉀芒硝(20)0.3670鐵鋁酸鹽(16)0.3653硬石膏(100)0.3497重晶石(40)0.3468無水鉀鎂礬(95)0.3313無水鉀鎂礬(80)0.3271無水鉀鎂礬(80)0.3263無水鉀鎂礬(100)0.3225石膏(75)0.3065阿利特，T型(55)0.3040阿利特，M型(40)0.303642-551阿利特，T型(65)0.3025阿利特，M型(75)0.3025重晶石(80)0.3002單鉀芒硝(77)0.3000阿利特，T型(25)0.2985阿利特，T型(18)0.2974阿利特，T型(20)0.2965阿利特，M型(25)0.2961鉀芒硝(75)0.29407GB/T40407—2021表B.1常見水泥礦相特征峰強度和ICDD卡號(續(xù))礦相(相對峰值強度)間距d20(Cukα)ICDD卡號單鉀芒硝(100)0.290230.785單鉀芒硝(53)0.288030.960無水鉀鎂礬(18)0.288631.026貝利特，β型(21)0.287631.07033-302鉀芒硝(100)0.283831.497鐵鋁酸鹽(25)0.278432.124鋁酸鹽，正交(65)0.271432.976貝利特，α型(100)0.271033.02623-1042鋁酸鹽，立方(100)0.269833.178鋁酸鹽，正交(100)0.269233.25426-957鐵鋁酸鹽(100)0.264433.875貝利特，β型(42)0.261034.330游離氧化鈣(100)0.240537.36037-1497貝利特，α型(40)0.222040.605方鎂石(100)0.211042.9204-829貝利特，α型(60)0.194046.788阿利特，M型(55)0.176451.783阿利特，M型(30)0.175752.004B.4精修參數精修參數包括以下內容，應注意，相關矩陣的檢查通?？梢宰R別具有高相關性的變量，強相關的參數同時精修容易導致精修發(fā)散：——晶格參數；——阿利特的擇優(yōu)取向(如有必要);只有通過精修本附錄中列出的參數才能獲得合適的結果。鐵素體相的原子位置占有率(