實(shí)驗(yàn)條件對(duì)XRD物相定量分析法的影響及鍋爐管道水垢物相分析

摘 要：工業(yè)鍋爐數(shù)量約占我國(guó)鍋爐總量的96%以上，定期除垢是確保鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式之一。文章通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多相試樣的基體效應(yīng)，著重研究了參比強(qiáng)度、衍射強(qiáng)度、各物相粒度、管電壓電流對(duì)物相定量分析方法的影響，可以應(yīng)用于針對(duì)神華寧夏煤業(yè)烯烴公司鍋爐內(nèi)壁水垢礦物物相研究，該結(jié)論對(duì)鍋爐除垢技術(shù)提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：X射線衍射；物相；定量分析；碳酸鈣；文石

1 前言

X射線是一種具有較短波長(zhǎng)的電磁波，當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子受阻時(shí)，由于與物質(zhì)的能量交換作用，由原子內(nèi)層軌道中電子躍遷或高能電子減速所產(chǎn)生。

X射線的波長(zhǎng)范圍為0.01-100A，介于紫外線和γ射線之間，并有部分重疊.X射線與可見(jiàn)光相比，除具有波粒二象性的共性外，還有如下特點(diǎn)：

（1）穿透力強(qiáng)；（2）折射率幾乎等于1；（3）通過(guò)晶體時(shí)發(fā)生衍射

2 X射線物相定量分析方法

2.1 定量分析原理

每種多相試樣中各相的衍射強(qiáng)度隨該物相含量的增加而增加，但由于各種因素的影響，并不一定成線性的正比關(guān)系。

多相物質(zhì)中任意一相j的某條衍射線不僅與j相在混合物中的含量有關(guān)，而且與混合物各相吸收作用有關(guān)。

2.2 定量分析方法─ 絕熱法

絕熱法是K值法（基本清洗法）簡(jiǎn)化而來(lái)，對(duì)于兩相混合物（設(shè)為1相和2相）此時(shí)有

x1+x2=1

■=K1c■ ■=K2c■ （2-3）

兩式相除得

■=■■ （2-4）

解之得

（2-5-1）

（2-5-2）

（2-5-1）和（2-5-2）中不存在與吸收因子有關(guān)的任何參數(shù)，這表明，在兩相混合物中，不需另加標(biāo)準(zhǔn)物，一種物相自動(dòng)地成為另一種物相的標(biāo)準(zhǔn)物，反之亦然，從而靠自身就清除了基體效應(yīng)的影響。

在物相全部為結(jié)晶的情況下，對(duì)于一個(gè)由n個(gè)物相組成的多相混合物而言，可以看成類似于上述兩相混合物中一個(gè)是單相，另一個(gè)是（n-1）相組成的混合物.因此，對(duì)于一個(gè)由n個(gè)物相組成的多相混合物中任一相j相而言，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)xj為

（2-6）

絕熱法不需要加標(biāo)準(zhǔn)物，因此它比K值法更簡(jiǎn)便，尤其是當(dāng)有的物相的衍射線與剛玉的衍射線重疊而不適用剛玉作為內(nèi)標(biāo)時(shí)，絕熱法就顯得更為有利，但如果樣品中含有非晶相，則自清洗法就不能適用.K值法則不受此限制。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 儀器與試劑

3.1.1 儀器

X射線衍射儀（Dmax3300PC） ，日本理學(xué)公司生產(chǎn)掃描電子顯微鏡（KYKY，5600B），中科科儀科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)

3.1.2 試劑

氧化鋅（ZnO），分析純；二氧化硅（SiO2），分析純；二氧化鈦（TiO2），分析純；鍋爐水垢；天然石灰?guī)r。

3.2 實(shí)驗(yàn)條件和方法

實(shí)驗(yàn)條件：XRD圖譜測(cè)量采用Cu靶（Kα1），管電壓42kV，管電流64mA，步長(zhǎng)0.03o/step，掃描速度0.5-16°/min，，掃描范圍3°～158°。

制樣方法：將鍋爐水垢用研缽研細(xì)（直至沒(méi)有顆粒感），壓片，緩慢置于樣品臺(tái)，在設(shè)定條件下測(cè)量.數(shù)據(jù)處理采用Jade分析軟件，對(duì)譜圖依次進(jìn)行平滑、扣背底、去除Kα2和多峰分離處理。

4 鍋爐水垢XRD物相分析

4.1 XRD定性分析

圖1方解石-文石-水垢XRD對(duì)比圖譜 圖2水垢XRD物相分析圖譜

2 水垢XRD物相分析圖譜

如圖1所示，通過(guò)對(duì)比水垢樣品與方解解石、文石的XRD譜圖發(fā)現(xiàn)，水垢樣品的譜圖中的衍射峰是方解石和文石衍射峰的疊加，說(shuō)明水垢主要是由方解石和文石兩相礦物組成，樣品中各衍射峰的歸屬如圖2所示，由于在2θ=36.14、38.60、48.32等處存在方解石和文石衍射峰的疊加，而且在樣品中以文相為主，因此方解石的一些次強(qiáng)峰被掩蓋或沒(méi)有出現(xiàn)。水垢樣品的定性分析數(shù)據(jù)如表4-1所示.定性分析的原則是對(duì)照實(shí)測(cè)樣品衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片的d值，二者主要衍射線（前八強(qiáng)線）d值相對(duì)誤差以不超過(guò)1%為限。

4.2 XRD定量分析

兩相混合物XRD定量計(jì)算的公式如下：

其中x1，x2-1，2相物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；I1，I2-1，2相物質(zhì)最強(qiáng)峰的積分強(qiáng)度；K1cK2c-1，

表4-1 水垢樣品XRD定量分析結(jié)果

表4-2 CaCO3類質(zhì)同像及晶胞參數(shù)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)神寧集團(tuán)烯烴公司的鍋爐水垢的化學(xué)成分為CaCO3。自然界已發(fā)現(xiàn)的無(wú)水碳酸鈣（CaCO3）同質(zhì)多像系列礦物有方解石、文石.從定量分析結(jié)果看出，水垢以文石相為主，占總質(zhì)量的93.4%，而方解石相只占8.9%。

5 結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，XRD物相定量分析法要考慮很多環(huán)節(jié)因素，物相定性分析是其中的的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，我們實(shí)驗(yàn)在準(zhǔn)確定性分析的基礎(chǔ)上，采用積分強(qiáng)度、使各物相顆粒盡可能細(xì)而且均勻、采用較高射線功率以及適合的掃描速率均有利于定量分析的準(zhǔn)確度，該方法是分析混合物相，尤其是同質(zhì)多象樣品不可或缺的經(jīng)濟(jì)便捷的定量分析方法。

工業(yè)鍋爐數(shù)量約占我國(guó)鍋爐總量的96%以上.定期除垢是確保鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式之一。研究發(fā)現(xiàn)，水垢的化學(xué)成分為CaCO3，自然界已發(fā)現(xiàn)的無(wú)水碳酸鈣（CaCO3）同質(zhì)多象系列礦物有方解石、文石和球霰石.鍋爐水垢定量分析結(jié)果表明，水垢碳酸鈣以文石相為主，占總質(zhì)量的92.1%，而方解石相只占7.9%，該結(jié)論可對(duì)鍋爐除垢技術(shù)提供依據(jù)。

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