應(yīng)用X熒光儀快速測(cè)定鐵礦石品位

林宏健+++夏源+++陳誠+++候鐵鋼

摘 要：文章確定了便攜式X熒光儀測(cè)量鐵礦石的工作狀態(tài)，并分析了相關(guān)的基體效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上建立矯正曲線。最后測(cè)量值與化學(xué)分析參考值之間的相對(duì)誤差在正負(fù)3.6%內(nèi)，便攜式X熒光分析儀能快速精準(zhǔn)測(cè)量鐵礦石品位。

關(guān)鍵詞：鐵礦石；便攜式X熒光儀；基體效應(yīng)校正

1 概述

隨著中國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的擴(kuò)大，鐵礦石需求量與日俱增[1]，鐵礦分析中常采用的化學(xué)分析周期較長，現(xiàn)場(chǎng)分析難，難以滿足很多生產(chǎn)需要。X射線熒光分析儀的操作簡便[2]，攜帶方便、處理速度快，工作效率高且穩(wěn)定可靠。X熒光分析技術(shù)可快速獲得樣品中各元素的定量結(jié)果，儀器維護(hù)費(fèi)用低，目前在很多個(gè)行業(yè)均有應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)應(yīng)用IED-2000T型便攜式X熒光儀快速分析鐵礦石中主量元素含量，研究重點(diǎn)是光管管壓管流的選取、厚試樣測(cè)試、建立校正曲線及效果探討。由測(cè)量結(jié)果可知，便攜式X熒光分析儀可以實(shí)現(xiàn)快速、便捷、準(zhǔn)確的測(cè)量鐵礦石工藝流程中樣品的含量。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 光管管壓管流的選取

軔致輻射和靶材的特征X射線構(gòu)成了原級(jí)X射線[3]，調(diào)節(jié)管壓管流可改變韌致輻射的能量范圍。

待測(cè)元素的峰面積會(huì)隨著光管管壓管流的增大而增大[4]，但散射的背景值也隨著光管管壓的增大而增大。當(dāng)原級(jí)X射線能量剛好等于或稍大于待測(cè)元素的某一能級(jí)吸收限時(shí)[5]，其對(duì)應(yīng)能級(jí)的吸收截面有最大值，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)能級(jí)特征X射線的效率較高。因此，為了更有效地激發(fā)鐵元素的特征X射線，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要選定最佳的管電壓和管電流。

實(shí)驗(yàn)根據(jù)先前對(duì)儀器使用的經(jīng)驗(yàn)，選定6uA為光管的激發(fā)電流。依次改變管電壓值比較10kV，12kV，14kV，16kV，18kV，20kV，22kV管電壓下的67.56%品位的精礦和17.8%品位的尾礦的峰背比。

從圖1中我們可以看到，精礦和尾礦在管電流為6uA，管電壓為14kV時(shí)，峰背比較高。因此選取X光管激發(fā)管電壓為14kV，管電流為6uA。

2.2 厚試樣測(cè)試

試樣厚度可用質(zhì)量厚度和線性厚度表示，熒光分析中多采用質(zhì)量厚度[3]，且粉末壓樣松散，無法準(zhǔn)確測(cè)定其線性厚度，所以本實(shí)驗(yàn)中的試樣厚度用質(zhì)量厚度表示。

厚試樣是指其飽和厚度足夠大，以致X射線熒光計(jì)數(shù)率不在因試樣厚度的增加而增加。每個(gè)達(dá)到飽和厚度的試樣，其厚度均勻性即可不必考慮[3]。

實(shí)驗(yàn)所用樣杯內(nèi)直徑40mm，分別稱取粉末樣品1g、2g、3g、4g、6g、10g、14g、18g進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)如圖2所示：

分析圖2可知，當(dāng)鐵礦樣粉末的重量達(dá)到為6g以上后（樣杯內(nèi)直徑40mm），鐵元素計(jì)數(shù)率不再隨厚度的增加而增加。

2.3 非均勻效應(yīng)

鐵礦石不易粉碎，顆粒度是引入基體效應(yīng)的主要因素之一。分析試樣的非均勻效應(yīng)可有效減少誤差。隨意抽取一部分含量為65.69%鐵礦石粉末，放到研缽里依次研磨0min、10min、15min、20min、30min、40min、50min、60min、80min、100min后稱取20g用以測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)如圖3：

圖3表明，在用研缽研磨前與研磨后，試樣中鐵元素計(jì)數(shù)率均無明顯變化，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。該批鐵礦試樣的顆粒度對(duì)計(jì)數(shù)率的影響系數(shù)穩(wěn)定。

2.4 建立校正曲線

試樣是包頭鋼鐵廠的23個(gè)鐵礦石樣品，由鋼鐵廠質(zhì)檢部化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通過化學(xué)分析方法嚴(yán)格計(jì)算出品位。

（1）一元回歸

從圖4可以看出，在相同的激發(fā)測(cè)量條件下，測(cè)量一批物理形態(tài)相同以及化學(xué)組成相同或相近的鐵礦石試樣，鐵元素的特征X射線熒光計(jì)數(shù)率IFe與鐵元素含量WFe可簡單地用一元一次線性方程近似地表達(dá)：

線性相關(guān)系數(shù)為0.9687，回歸結(jié)果較好。由于本底及其他干擾因素的存在，工作曲線截距不為零。

（2）二元回歸

Mn是該鐵礦中主要混入元素之一，而Mn和Fe是相鄰元素。Mn的kβ吸收限是6.489KeV[3]，F(xiàn)e的kα吸收限是6.403KeV，Mn元素和Fe元素之間存在吸收增強(qiáng)效應(yīng)，在分析Fe元素時(shí)，應(yīng)該要排除Mn對(duì)其影響，建立合適的基體校正方程來減小其干擾。利用Mn計(jì)數(shù)率和Fe計(jì)數(shù)率二元回歸之后所得公式如下：

WFe%=0.2870×IFe-1.671×IMn+1.192 （2-2）

相關(guān)系數(shù)為0.9890，回歸結(jié)果好。二元回歸的相關(guān)系數(shù)比一元回歸的好，但單從相關(guān)系數(shù)的好壞來判斷工作曲線的質(zhì)量是不科學(xué)的。因此需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。

3 測(cè)量結(jié)果誤差分析

一元回歸、二元回歸的X熒光分析值與化學(xué)分析參考值見表1：

單純從相關(guān)系數(shù)層面去比較，二元回歸的校正系數(shù)多，因此相關(guān)系數(shù)要比一元的要稍微好一些。從誤差層面去比較，二元的遠(yuǎn)比一元的要好。顯然Mn對(duì)Fe的計(jì)數(shù)率造成很大影響。

由以上數(shù)據(jù)分析可見二元回歸標(biāo)定后測(cè)量結(jié)果平均誤差比較小，特別在低品位區(qū)更加明顯。比較分析說明包頭選礦廠的樣品中隨著比例增加，非待測(cè)元素對(duì)Fe的計(jì)數(shù)率影響越來越大，以至于誤差加大。

4 結(jié)束語

通過調(diào)節(jié)光管激發(fā)電壓和電流，觀察和計(jì)算儀器譜鐵元素特征峰峰背比，選擇能適應(yīng)該試樣中鐵元素的管壓14kV，管流6uA。在分析了鐵礦樣品的飽和厚度和非均勻效應(yīng)的基礎(chǔ)上建立校正曲線。通過對(duì)比工作曲線所得的測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)引入Mn元素的影響后建立的二元回歸工作曲線所得到的測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確。

通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析表明，便攜式X熒光分析儀可以實(shí)現(xiàn)快速、便捷、準(zhǔn)確的測(cè)量鐵礦石工藝流程中樣品的含量。實(shí)驗(yàn)通過對(duì)樣品的顆粒度、飽和厚度和不均勻性等各種干擾因素的分析和校正，使得鐵礦樣品測(cè)量誤差能得到很好的檢驗(yàn)，可以在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]喻東.XRF分析技術(shù)在鐵礦石品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D].2010，6.

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[3]曹利國.能量色散x射線熒光方法[M].成都：成都科技大學(xué)出版社，1998.

[4]郭龍濱，便攜式X射線熒光儀在鐵礦石選礦中的應(yīng)用研究[D].201

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[5]吉昂，陶光儀，等.X射線熒光光譜分析[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

作者簡介：林宏?。?989-），男，廣西北海，在讀碩士生，從事核技術(shù)及應(yīng)用研究。