随着水泥行业不断的发展，智能化实验室的实施也将成为必然。而作为水泥生产过程中必须控制的指标之一的游离氧化钙，不但影响水泥的安定性，而且对水泥稠度及凝结时间也有一定影响。据相关研究表明：在水泥物理性能合格的前提下，少量的游离氧化钙还能提高水泥的强度。因此，如何准确快速的测量这一指标将成为水泥行业中的重中之重。
纵观整个水泥行业，近年来的发展渐渐趋于平稳，各种的装备及技术也均已成熟，但对于测量仪器这一块还处于比较落后阶段，尤其是fCaO的测量，目前大部分企业都还停留在人工作业。那么有没有一种即快速又准确，并且还符合国标的一款脱离人工测量仪器呢，全自动游离氧化钙测量系统应运而生。
全自动游离氧化钙测量系统由长沙海纳光电科技有限公司研发生产，其采用GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中的乙二醇法(代用法)来测量水泥及熟料中的fCaO，不但摆脱了传统的人工滴定，而且集加热、搅拌、萃取、滴定及结果计算为一体。它通过特殊的算法判别滴定终点，不但降低员工的劳动强度，还避免了因人为因素对结果造成的影响，为智能化实验室建设提供一定条件。
一 全自动游离氧化钙测量系统研发背景
目前市场上主要有两种测量水泥游离氧化钙的仪器：半自动游离钙测定仪和测量电导率型游离钙测定仪。半自动游离钙测定仪可自动完成加热、搅拌、定时功能，但滴定过程需要操作人员手动完成，并且在滴定终点判定时易引入主观误差，造成结果不准;测量电导率型游离钙测定仪可自动完成加热、搅拌、定时和游离钙的定量测量，但该仪器测量原理是通过测定溶液电导率的变化来测定游离氧化钙的含量，与现有的标准测定方法不同，故无法得到现有市场广泛认可。另外，市场上还有一款基于电位测量的自动滴定仪也非常成熟，而该仪器的测量方法和GB/T 176-2017中规定的游离氧化钙的测量方法有一定的差异，因此也没能在水泥行业中推广。
图1 全自动游离氧化钙测量系统图
二 全自动游离氧化钙测量系统结构、原理、测量流程及性能
1Part.1 仪器结构
全自动游离氧化钙测量系统(图1)主要由滴定系统、颜色采集系统、搅拌加热系统、冷凝系统及控制系统组成。目前该仪器以获得实用新型专利(专利技术(ZL 2020 2 0426431.5))。
2Part.2 仪器工作原理
游离氧化钙与乙二醇在无水乙醇溶液中，经过加热，于高温条件下反应生成乙二醇钙，使酚酞指示剂呈粉红色，用苯甲酸无水乙醇溶液进行滴定。仪器可自动控制加热温度及加热时间，使所有的游离氧化钙都转化成乙二醇钙，然后采用智能传感器观察溶液颜色，通过特殊算法判别滴定终点，准确控制滴定药液用量，最后根据滴定乙二醇钙时消耗的苯甲酸无水乙醇标准溶液的体积及氧化钙对苯甲酸无水乙醇溶液的滴定度，计算出样品中游离氧化钙的含量。
3Part.3 仪器测量流程
称量一定量的样品，将其倒入150ml锥形瓶中，加上30ml的乙二醇-无水乙醇溶液，放入搅拌子，然后放入仪器中对应位置，装上冷凝管，使得锥形瓶与冷凝管紧密连接，在仪器显示屏对应的位置输入称取的样品质量及样品名称，点击开始测量，仪器会自动进行搅拌、加热、萃取、滴定及结果计算，如图2。
图2 全自动游离氧化钙测量系统工作流程图
4Part.4 性能特点
(1)测量方法完全符合标准国家标准GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》
(2)全自动化测试，不需要人工值守
(3)测量结果准确度和精密度高
(4)采用光电传感器判断加热计时起点
(5)采用智能传感器代替了人眼判断滴定过程
(6)智能算法自动调节滴定速度
(7)历史数据可查，为调整生产
(8)测量数据可通过数据接口上传
三 全自动游离氧化钙测量系统对比试验及应用实例
1Part.1 对比试验
标样对比：用此仪器测量水泥熟料游离氧化钙成分分析标准样品(GBS 08-2145-2016)，标准值是按照GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中甘油法或者乙二醇法，通过人工作业测定。表1为仪器测量的标样fCaO数据对比表。
表1 全自动游离氧化钙测量系统测量的
标样fCaO数据对比表
从上表数据可看出，仪器测量结果与标准值误差在T/C BMF17-2017《 水泥生产企业质量管理规程》规定的同一实验室允许的误差范围内(游离氧化钙测定误差±0.20%，与国家标准样品对比)，重复性在GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》规定的范围内。
2Part.2 应用实例
到目前为止，此仪器已在广东韶关、宁夏中宁等多个水泥厂的游离氧化钙测量工作中得到应用，克服了以往人工作业的各种缺点，具有实用性和经济性等优点。下表2为部分水泥厂使用此仪器测量的数据表：
表2 部分水泥厂使用仪器测量的数据表
从上表数据来看，仪器在水泥厂使用情况良好，且所测数据稳定，既降低了员工的劳动强度，还避免了人为因素导致的误差。
表3 部分业绩表
四 结论
全自动游离氧化钙测量系统完全可以取代人工作业，且具有安装方便、技术领先及维护保养简单，测量数据不受人为主观因素影响等优点，同时还降低员工的劳动强度。其不但可应用为水泥及熟料的游离氧化钙的测量，还可推广到水泥行业其他元素的测量，同时也促进了化学分析滴定技术的全自动化发展。
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