X-射線熒光光譜儀分析鐵礦石中TFe成分

呂 華，王營(yíng)龍

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

鐵礦石作為一種含鐵量極高的礦物資源，其也是生產(chǎn)鋼鐵的主要原料之一，年消耗量巨大。據(jù)相關(guān)資料顯示，截止目前，全球鐵礦石的年使用量超過(guò)了20億t，其作為一種大宗貿(mào)易貨物在國(guó)際間進(jìn)行交易，單批交易量均超過(guò)百萬(wàn)t。為更好的對(duì)鐵礦石進(jìn)行利用，就需要對(duì)其中含有的成分進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定。對(duì)于鐵礦石成分的測(cè)定，傳統(tǒng)上多采用化學(xué)分析法和儀器分析法兩種?；瘜W(xué)分析法由于需要添加一定的化學(xué)試劑，加之測(cè)試人員自身的專業(yè)素質(zhì)，對(duì)于鐵礦石成分測(cè)試的精度不高，分析所需要的周期也較長(zhǎng)，通常需要50分鐘，誤差現(xiàn)象十分常見(jiàn)。儀器分析法縱然準(zhǔn)確率和精度較高，然需要更長(zhǎng)的分析周期，日常生產(chǎn)檢測(cè)中適用性不強(qiáng)。X－射線熒光光譜儀主要有壓片法和熔片法兩種類型，前者分析速度較快，操作簡(jiǎn)單，然測(cè)試結(jié)果容易受到顆粒效應(yīng)的影響，縱然運(yùn)用康普頓散色比對(duì)法后，能夠有效降低上述效應(yīng)，然依然存在部分樣品檢測(cè)效果不佳的現(xiàn)象。因此文章結(jié)合試驗(yàn)，探究X－射線熒光光譜儀分析TFe的目的[1]。

1 鐵礦石化學(xué)成分分析意義

鐵礦石化學(xué)成分復(fù)雜，在分析測(cè)定鐵礦石中的鐵的時(shí)候，不僅要對(duì)亞鐵、牙酸可溶鐵和硅酸鐵等進(jìn)行分析，若屬于人造礦，還需要對(duì)金屬鐵（MFe）、酸溶鐵（亞鐵（FeO）和全鐵（T Fe）等成分進(jìn)行測(cè)定。準(zhǔn)確測(cè)量鐵礦石中的鐵含量，能夠?yàn)殍F礦石的良好利用提供借鑒，充分發(fā)揮鐵礦石的重要作用。

2 鐵礦石儀器方法標(biāo)準(zhǔn)

科技技術(shù)快速發(fā)展，各類一起設(shè)備迅速涌現(xiàn)，儀器分析方法開(kāi)始在鐵礦石測(cè)定中得到廣泛應(yīng)用。ISO 9516－1：2003《鐵礦石—用X射線熒光光譜法測(cè)定各種元素：第1部分綜合規(guī)程》和ISO－11535：2006《鐵礦石—各種元素的測(cè)定：感應(yīng)耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》能夠?qū)﹁F礦石中的全鐵進(jìn)行分析。此外，高頻燃燒紅外線吸收法對(duì)鐵中的碳以及硫的含量進(jìn)行測(cè)定（ISO 9686－1992）和燃燒／紅外法測(cè)定鐵礦石中硫含量（ISO4689－3－2004，第3部分）的方法一致。同時(shí)我國(guó)也制定了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，用于對(duì)儀器分析進(jìn)行規(guī)范，諸如（GB／T 6730.62－2005）中明確規(guī)定了波長(zhǎng)色散x射線熒光光譜法對(duì)于鐵礦中的鈣、硅、鎂等成分的測(cè)定，（GB／T 6730.63－2006）中關(guān)于電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對(duì)鐵礦中的鋁、鈣、鎂等成分的測(cè)定，（GB／T 6730.61－2005）的方法。中對(duì)鐵礦石中的碳和硫含量的測(cè)定等。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 儀器、設(shè)備、試劑

選用美國(guó)熱電生產(chǎn)的ARL9900X-射線熒光光譜儀設(shè)備，熔樣機(jī)為(Analymate－V2)高頻系列。試劑采用的是四硼酸鋰和偏硼酸鋰等高純?cè)噭?，碘化銨，分析純。

3.2 儀器最佳工作條件

由于TFe含量是鐵礦石產(chǎn)品中含量極高的成分之一，其檢測(cè)準(zhǔn)確度十分關(guān)鍵。為確保樣品能夠真實(shí)反映鐵礦石的成分含量，特優(yōu)化了儀器分析條件，具體參數(shù)如表1所示。

表1 儀器主要分析參數(shù)

3.3 樣品的制備

按照1：1的比例來(lái)對(duì)四硼酸鋰和偏硼酸鋰進(jìn)行混合攪拌，并作為助熔劑備用，然后在黃鉑堝中添加0.22g的三氧化二鈷。接著選取0.4000g的樣品，并將其放置在含有助熔劑的黃鉑堝之中，對(duì)其進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?。裝有樣品的黃鉑堝在高頻熔融機(jī)上進(jìn)行950℃的熔融操作，并適當(dāng)添加低于0.1g的碘化銨脫模劑在其中[2-3]。

3.4 工作曲線的建立

結(jié)合樣品的具體含量，將標(biāo)準(zhǔn)樣品予以篩選，并構(gòu)建相應(yīng)的曲線以備使用。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 熔劑類型因子分析

對(duì)比分析熔劑為單一四硼酸鋰以及混合四硼酸鋰和偏硼酸鋰混合熔劑，并開(kāi)展5組精密度試驗(yàn)，利用T對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，其中P＜0.05。結(jié)果顯示，不同的熔劑類型對(duì)于最終的檢測(cè)精密度影響甚大，選用混合熔劑，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的精密度分析。

4.2 熔劑稀釋比因子分析

當(dāng)利用助熔劑稀釋樣品后，能夠有效降低共存元素的不利影響。然稀釋程度太大則可能直接降低微量元素的靈敏度。于是分別按照1/20、1/18、1/15、1/12、1/10、1/8、1/5的熔劑稀釋比例，開(kāi)展5組準(zhǔn)確度試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)稀釋比確定為1/10的時(shí)候，檢測(cè)的準(zhǔn)確度最佳。

4.3 加內(nèi)標(biāo)因子分析

本次實(shí)驗(yàn)選用的是內(nèi)標(biāo)法來(lái)予以校正，內(nèi)標(biāo)元素確定為三氧化二鈷。如果待測(cè)樣品中包含的有TFe、Si、Al...等多種元素時(shí)，僅要分析TFe元素的時(shí)候，可以將標(biāo)元素Co添加在其中，能夠顯著提高精密度和準(zhǔn)確度。

本次實(shí)驗(yàn)分別開(kāi)展5組加內(nèi)標(biāo)和而不加內(nèi)標(biāo)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，添加內(nèi)標(biāo)后對(duì)檢測(cè)精密度和準(zhǔn)確度影響較大，且添加三氧化二鈷作為內(nèi)標(biāo)元素，能夠取得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。

4.4 內(nèi)標(biāo)加入量因子分析

從上面的分析可知，當(dāng)添加三氧化二鈷內(nèi)標(biāo)元素時(shí)，檢測(cè)準(zhǔn)確度較好，然具體添加數(shù)量還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。若加入量太大，則熔融溫度較高，加入量太小則幾乎不能發(fā)揮作用。本次實(shí)驗(yàn)中，分別按照0.04g、0.10g、0.20g、0.30g、0.40g的數(shù)量來(lái)進(jìn)行三氧化二鈷內(nèi)標(biāo)元素的添加，并開(kāi)展5組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)內(nèi)標(biāo)元素加入量為0.20g的時(shí)候，其準(zhǔn)確度最佳。

4.5 脫模劑用量因子分析

觀察脫模劑添加對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的影響，分別按照0.04g、0.10g、0.20g、0.30g、0.40g數(shù)量進(jìn)行脫模劑的添加，開(kāi)展5組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，脫模劑用量幾乎不對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。然繼續(xù)實(shí)驗(yàn)后得知，當(dāng)添加足夠多的脫模劑時(shí)，樣片可能出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，因此確保樣片得以脫模的情況下，應(yīng)盡可能少添加脫模劑。

4.6 熔樣溫度因子分析

檢驗(yàn)熔樣溫度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，分別選取850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃的熔樣溫度，開(kāi)展5組實(shí)驗(yàn)。由于太高的熔樣溫度不利于黃鉑堝使用壽命的延長(zhǎng)，故最高熔樣溫度確定為1050℃。結(jié)果顯示，熔樣溫度定在970℃時(shí)檢測(cè)精密度最佳，然受到設(shè)備自身?xiàng)l件的影響，熔樣機(jī)無(wú)法調(diào)節(jié)到970℃，最終將熔樣溫度設(shè)定為950℃。

5 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)比分析化學(xué)檢測(cè)法和熒光光譜儀分析法，分析結(jié)果見(jiàn)表2，兩種方法檢測(cè)結(jié)果均符合國(guó)家規(guī)范要求，證明熒光光譜法是可行的，且檢測(cè)準(zhǔn)確度和精密度均較高。

表2 化學(xué)分析與熒光分析檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

總之，文章探討了X-射線熒光光譜儀測(cè)定鐵礦石中的TFe成分，并和化學(xué)檢測(cè)法對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該檢測(cè)方法檢測(cè)速度快，準(zhǔn)確度和精密度均較高，值得推廣應(yīng)用。