ASTM D7348 Standardowe metody badań strat podczas zapłonu (LOI) stałych pozostałości spalania

Norma „ASTM D7348 Standardowe metody badania strat przy prażeniu (LOI) stałych pozostałości spalania”, opublikowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM), opisuje metody badawcze służące do określania ubytku masy stałych pozostałości spalania po ogrzaniu do określonej temperatury w atmosferze powietrza lub tlenu. Ubytek masy może wynikać z wilgoci, węgla, siarki i podobnych strat powstających w wyniku rozkładu lub spalania pozostałości.

Strata masy po prażeniu (LOI) odnosi się do utraty masy, która występuje, gdy pozostałości spalania są podgrzewane do wysokich temperatur w atmosferze powietrza lub tlenu. W przemyśle cementowym termin LOI zazwyczaj odnosi się do utraty masy w próbce ogrzanej do 950°C. Dla inżynierów zajmujących się spalaniem termin LOI zazwyczaj odnosi się do utraty masy w próbkach ogrzanych do temperatur poniżej 950°C.

Niniejsze metody badawcze ustanawiają procedurę określania wartości LOI pozostałości spalania ogrzanych do temperatury 750 lub 950 stopni Celsjusza. Wartości LOI uzyskane tymi metodami badawczymi mogą być wykorzystywane w branżach wykorzystujących pozostałości spalania w różnych procesach i produktach. Wykazano, że w przypadku podgrzewania stałych pozostałości spalania w celu oszacowania ilości palnego lub niespalonego węgla w próbce, wartości LOI i oszacowanie ilości niespalonego węgla nie pokrywają się całkowicie, a LOI nie powinno być stosowane jako oszacowanie ilości niespalonego węgla we wszystkich pozostałościach spalania. Bezpośrednie oznaczenie niespalonego (palnego) węgla można przeprowadzić zgodnie z normą ASTM D6316.

W przypadku podgrzewania stałych pozostałości spalania w celu przygotowania popiołu do oznaczania ułamków masowych pierwiastków głównych i pobocznych, stosuje się procedurę ogrzewania opisaną w normach ASTM D3682, ASTM D4326 i ASTM D6349 lub procedury oznaczania LOI w temperaturze 750 stopni (Metoda A) opisane w niniejszym dokumencie. W przypadku podgrzewania stałych pozostałości spalania w celu przygotowania popiołu do oznaczania ułamków masowych pierwiastków śladowych, stosuje się procedurę ogrzewania opisaną w normach ASTM D3683 i ASTM D6357.

W branżach, w których procesy spalania odgrywają kluczową rolę, takich jak produkcja cementu, wytwarzanie energii z węgla i spalanie odpadów, zrozumienie składu materiałów resztkowych ma kluczowe znaczenie dla wydajności, kontroli emisji i zgodności z przepisami. Stałe pozostałości spalania, takie jak popiół lotny, popiół denny czy klinkier, często zawierają składniki lotne, które wpływają na właściwości materiału i wpływ na środowisko. Norma ASTM D7348 została opracowana w celu ilościowego określenia tych składników. Norma ta zawiera precyzyjne protokoły określania utraty masy tych pozostałości podczas ogrzewania w kontrolowanych warunkach, dostarczając informacji na temat wilgoci, węgla, siarki i innych substancji lotnych.

Norma ASTM D7348 opisuje dwie podstawowe procedury, które zapewniają elastyczność w zależności od rodzaju próbki i wymaganej rozdzielczości. Obie obejmują precyzyjne ważenie, ogrzewanie pieca muflowego i pomiar masy po zapłonie, ale warunki zapłonu różnią się w zależności od zmiennej lotności resztkowej:

• Procedura A: Standardowa LOI w temperaturze 950 stopni
  • Przygotowanie: 1-5 g zmielonej pozostałości (przesianej przez sito nr 50) umieszcza się w nagrzanym platynowym lub ceramicznym tyglu.
  • Protokół ogrzewania: Podnieść temperaturę do 950 stopni w powietrzu w tempie 20 stopni/min, utrzymać przez 20–60 minut, aż do osiągnięcia stałej masy, a następnie schłodzić w eksykatorze.
  • Obliczenia: LOI (procent) = ((Początkowy kmasa - masa końcowa) / masa początkowa kmasa) x 100.
  • Cechy: Idealna do pozostałości z pieca cementowego lub popiołu lotnego, gdzie temperatura 950°C symuluje temperatury powstawania klinkieru i określa ilość węgla organicznego lub siarczanu. Jest to najpowszechniejsza metoda zgodna z normami przemysłu cementowego.
• Procedura B: LOI w wysokiej temperaturze w tlenie
  • Przygotowanie: podobne przygotowanie próbki, ale z wykorzystaniem atmosfery wzbogaconej tlenem (np. 100% O2 przy 50 ml/min)₂ przepływ).
  • Protokół ogrzewania: rozpalać w temperaturze 750–1000 stopni przez 30 minut, dążąc do całkowitego utlenienia odpornych węgli.
  • Obliczenia: takie same jak w przypadku procedury A, z wyjątkiem opcjonalnych poprawek uwzględniających łączenie się popiołu.
  • Cechy: Nadaje się do pozostałości o wysokiej zawartości węgla, takich jak popioły kotłowe, i przyspiesza utlenianie, zapewniając szybsze rezultaty. Przydatny w przypadku, gdy zapłon na powietrzu doprowadziłby do niepełnego spalania.

W produkcji cementu niski wskaźnik LOI zapewnia wysoką jakość klinkieru z minimalną ilością wolnego wapna, co obniża koszty energii nawet o 5%. W elektrowniach system monitoruje zawartość węgla w popiołach lotnych, co wpływa na ich ponowne wykorzystanie w betonie i przestrzeganie limitów emisji dwutlenku węgla.

• Przemysł cementowy i wapienniczy: Pomiar segregacji węglanów. LOI powyżej 3% może wskazywać na nadmierne spalanie lub nieodpowiednią mieszankę surowców.
• Spalanie węgla i biomasy: Ocena efektywności wypalania. Wysoki LOI (powyżej 10%) zachęca do regulacji palnika w celu zmniejszenia zużycia paliwa.
• Elektrownie przetwarzające odpady: Pomóż osiągnąć cele gospodarki o obiegu zamkniętym, śledząc pozostałości organiczne w celu utylizacji popiołu lub odzysku metali.
• Prace badawczo-rozwojowe: Wspieranie badań nad paliwami alternatywnymi, w których LOI jest powiązane z wartością kaloryczną i zachowaniem się popiołu podczas topnienia.

Minimalizując ilość niespalonego węgla, zakłady mogą zmniejszyć roczną emisję dwutlenku węgla o liczbę równą tysiącom ton.

W rezultacie norma ASTM D7348 ujawnia ukryte różnice w pozostałościach spalania, przekształcając surowe dane w praktyczne informacje, które przyczyniają się do bardziej ekologicznej i wydajnej działalności. W obliczu rosnącego globalnego zapotrzebowania na zrównoważoną energię, norma ta pozostaje niezbędna, umożliwiając przemysłom rozwój bez nadmiernych strat.

Nasza organizacja, działająca od wielu lat i skrupulatnie śledząca globalny rozwój nauki i technologii, przeprowadza testy, pomiary i analizy w szerokim zakresie dziedzin dla firm ze wszystkich sektorów, dysponując wykwalifikowanym zespołem i rozbudowaną infrastrukturą. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z normą ASTM D7348 dotyczącą metod badania strat prażenia (LOI) stałych pozostałości spalania.