基于X衍射法的鋁土礦石檢測探討

王法春（吉林省冶金研究院，吉林 長春130012）

由于鋁土礦形成于大自然，這就造成其礦石形成具備多樣性和復(fù)雜性，各類礦石的礦物組成不盡相同，想要準(zhǔn)確分析礦石的組成，就必須對其各項成分進(jìn)行有效的分析。而在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，可以根據(jù)對鋁礦石本身的特點，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋁土礦石化學(xué)分析方法》，快速準(zhǔn)確得到Al2O2、SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO、MgO、P2O5、K2O、MnO 等。目前X射線熒光光譜法已經(jīng)應(yīng)用于實踐，并廣泛應(yīng)用。

1 試驗部分

1.1 儀器及元素的測量條件

（1）儀器與試劑

表1 試驗儀器的選型

備注：

①X射線熒光光譜儀：最大功率：3kW；X射線管（Rh靶，入射角為57°，出射角為40°；60kV/125mA）X 射線發(fā)生器；五個分光晶體（LiF200、LiF220、PE002、PX1 及Ge111）；流氣（F-PC）和閃爍(S-PC)探測器，以及包含功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件（Super Q），能夠?qū)Ω鞣N元素進(jìn)行定性和定量的分析等。

②熔樣機(jī)：采用PID控制技術(shù)，大屏中文顯示，可進(jìn)行手動和自動控制，鉑銠熱電阻測溫，可同時檢測四個樣品多至六個，設(shè)定制樣程序（升溫速度、終溫時間、搖擺時間、冷卻時間等），操作方便。

③分析天平（精度0.0001g）。

④混合熔劑：四硼酸鋰（Li2B4O7）與偏硼酸鋰（LiBO2）質(zhì)量分組比是67:33。

⑤鉑金坩堝：鉑金（Pt）和黃金（AU）的比例是95:5。

（2）各個元素的工作條件

表2 X射線熒光光譜儀最佳測量條件

1.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品及各元素含量范圍

該樣品采用的是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的鋁土礦、粘土礦，其含量范圍見表3。

表3 校準(zhǔn)曲線含量范圍(wB/%)

1.3 樣品制備

將樣品于烘箱100±5 ℃烘干，放置空氣中平衡2h 備用，秤鋁土礦樣品(0.6000±0.0002)g與混合熔劑（6.000±0.0002）g，放置瑪瑙乳缽充分混合攪拌，加入至鉑金坩堝中，滴入適量的硝酸鋰溶液（約0.5毫升）和飽和溴化鋰溶液（大約4滴），在700℃的熔樣爐預(yù)熱5min，直至達(dá)到1150℃熔融11分鐘，搖擺6min,靜置5min，同時為保證樣品熔融均勻，可以將原來的搖擺時間適量增加。

按YS/T575.22 規(guī)定的方法，對樣品進(jìn)行測定濕存水量計算，其公式如下：

1.4 校準(zhǔn)曲線的制備

準(zhǔn)確稱取在100±5 ℃烘干2 h 以上樣品（0.6000±0.0002）g，熔礦操作同1.3。

1.5 基體效應(yīng)和譜線重疊校正

基體效應(yīng)是在對X 衍射法分析過程中普遍存在的問題。通常，該方法需要測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)樣品，通常通過標(biāo)準(zhǔn)樣品中各組分的含量來決定校準(zhǔn)曲線的測定范圍，如果檢定結(jié)果超過該標(biāo)準(zhǔn)，就會造成試驗結(jié)果的不穩(wěn)定性。雖然在試驗過程中，通過將試樣與混合溶劑充分的融合，大大消除顆粒度和礦物之間的效應(yīng)，有效的減少基體效應(yīng)，但是其元素之間的影響仍然持續(xù)存在，本方法帕納科公司PW2430 型的X 射線衍射法校正公式：

式中：Ci--表征的是校準(zhǔn)元素i含量（濃度或計數(shù)率）；Di--表征的是校準(zhǔn)元素i的校準(zhǔn)曲線的截距；Ri—表征的是元素i的計數(shù)率；Lim--表征的是為干擾元素m 對分析元素i 的譜線重疊干擾校正的系數(shù)；Zm—表征的是干擾元素m的含量。

其中：i 是分析元素，N 是共存元素的數(shù)目，β、δ和γ 是校正基體效應(yīng)的因子以及j和k為共存元素。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品制備條件的選擇

（1）樣品制備方法

對于固體粉末的樣品來說，一般采用的是壓片法（經(jīng)濟(jì)、便捷，但是難以達(dá)標(biāo)）和熔融法（操作復(fù)雜，但準(zhǔn)確度好）。采用國產(chǎn)高頻熔樣爐進(jìn)行熔融制樣，將選取的樣品進(jìn)行稱重。

（2）熔融條件

影響該過程制樣的因素有很多，大多數(shù)考慮主要的因素，比如熔劑、樣品比例、熔融溫度、熔融時間和脫模劑等。當(dāng)加入的熔劑量微少時，會造成熔融過程難度加大，熔融劑量增加時，雖然有利于該過程的額實現(xiàn)，但是成本大大增加。因此選擇合適的劑量是有待考究的問題，熔融的溫度選用的是700-1400℃，高溫有利于熔融試樣、便于驅(qū)趕試樣中的氣泡，但是對實驗器材損害極大，綜合考慮，實驗預(yù)熱700℃，熔融溫度設(shè)置1150℃，確定預(yù)熱時間3min，熔融時間3min，冷卻時間2min，風(fēng)冷時間3min。常用脫模劑有NH4I、NH4Br、LiBr等。經(jīng)過大量的實驗，選擇加入兩滴LiBr飽和溶液進(jìn)行脫模操作。

2.2 長期穩(wěn)定性試驗

實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分析：試驗的測定值相差不大，試驗的長期穩(wěn)定性得到滿足。

2.3 準(zhǔn)確度

采用本方法與國家標(biāo)準(zhǔn)分析法進(jìn)行了分析結(jié)果對比，對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行羅列，其可允許的誤差在國標(biāo)范圍之內(nèi)，表明試驗結(jié)果良好。

3 結(jié)語

通過能力驗證比對和操作人員實驗數(shù)據(jù)比對證實該試驗方法的長期穩(wěn)定性。試驗制定的X熒光光譜分析方法，可以有效的檢定礦石的成分Al2O2、SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO、MgO、P2O5等的含量，并能符合國家檢定標(biāo)準(zhǔn)，分析的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，并且，該方法優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)的分析方法，消除人為因素和加入化學(xué)試劑的量與加入的時間差異所造成的影響，其在分析數(shù)據(jù)方面大大加快，避免傳統(tǒng)方法的周期長，操作復(fù)雜等缺陷，最大化減少試驗的人工成本，有效降低資源的浪費。同時采用的熔融法，可以有效的減少顆粒度效應(yīng)和不均勻性，大大提高制備的精準(zhǔn)度。