X 射線熒光光譜儀在鋁土礦分析中應(yīng)用

袁 藝，項(xiàng) 陽

(1.貴州理工學(xué)院 分析測試中心，貴州 貴陽 550003；2.貴州華錦鋁業(yè)有限公司，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

0 引言

X 射線熒光光譜儀根據(jù)各元素的X 射線的特征和強(qiáng)度，可以定性、定量和半定量進(jìn)行元素的測定。 可分析樣品中的4Be ～92U 元素，分析元素濃度范圍為1e-6%～100%，分析樣品的形態(tài)可為塊狀固體、粉末、液體，具有分析速度快、測量范圍寬、分析精密度高、干擾小的特點(diǎn)，近年來X熒光光譜分析已廣泛應(yīng)用于冶金、地質(zhì)、有色等多個領(lǐng)域。

我國鋁行業(yè)中對鋁土礦石的含量測定大都采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法:如滴定分析、比色分析、重量分析等，分析方法存在試樣前期處理復(fù)雜、分析步驟多、試劑消耗大、分析速度慢、勞動強(qiáng)度大等弊端[1]。 實(shí)驗(yàn)采用X 射線熒光光譜儀對鋁土礦中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2等含量進(jìn)行了分析研究，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，分析效果很好，大大提高了分析數(shù)據(jù)的時效性、減輕了分析人員勞動強(qiáng)度、提高了分析質(zhì)量，能及時反饋鋁土礦質(zhì)量的信息，對生產(chǎn)確實(shí)起到實(shí)時監(jiān)控作用。

1 基本原理

X 射線熒光光譜法是一種非破壞性的儀器分析方法，是依據(jù)二次激發(fā)產(chǎn)生的化學(xué)元素的X射線光譜線的波長和強(qiáng)度進(jìn)行定性和定量分析的。 元素的原子受到高能輻射激發(fā)而引起內(nèi)層電子的躍遷，同時發(fā)射出具有一定特殊性波長的X 射線，其波長是相應(yīng)元素的標(biāo)志，此為定性分析的基礎(chǔ)，線的強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量有關(guān)，為定量分析的基礎(chǔ)[2]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器及測量條件

ARL9900 型X 射線熒光光譜儀:X 射線管Rh 靶，上照式；X 射線發(fā)生器:最大功率≥4 KW；設(shè)備工作條件:X 射線管電壓為40 kV，X 射線管電流為70 mA，分光室真空度≤18 Pa，積分時間40 s，其余測量條件見表1。

表1 X 射線熒光光譜儀測量條件

2.2 樣品的制備

X 射線熒光光譜法測定鋁土礦石含量，試樣片的制備方法通常有熔融法和壓片法，本實(shí)驗(yàn)采用熔融法。

準(zhǔn)確稱取經(jīng)105±5 ℃烘2 h，試驗(yàn)粒度小于125 μm 的鋁土礦樣品0.5500 g，放入已稱有5.5000 g 四硼酸鋰熔劑的鉑黃合金坩堝中，混勻，加入3～4 滴溴化銨脫膜劑(可改善熔片的剝離性能)。 放于熔融爐中，在1 200℃的溫度下熔融10 min，經(jīng)熔融、澆鑄、冷卻，即可得到玻璃狀樣片。

2.3 工作曲線的繪制

由于鋁土礦樣品的復(fù)雜性，本實(shí)驗(yàn)充分篩選標(biāo)準(zhǔn)樣品(部分為參與實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證合格試樣)，各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈梯度分布，滿足熒光分析需求，具體含量見表2。 選定儀器工作條件，進(jìn)行系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)，測定標(biāo)樣中的Al、Si、Fe、Ti 元素特征X 熒光射線強(qiáng)度，對應(yīng)強(qiáng)度值與化學(xué)含量，即可繪制出各元素的工作曲線。

表2 標(biāo)樣元素含量(ω/%)

3 結(jié)果與討論

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化校正

分析儀器隨時間變化、存在計(jì)數(shù)器老化、X光管老化等現(xiàn)象，同時分析室溫度及濕度的變化，工作電源的穩(wěn)定等各種因素均能引起工作曲線的偏離漂移。 在實(shí)際工作中，采用低號標(biāo)樣或高號標(biāo)樣對工作曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化校正，由于鋁土礦石成分的復(fù)雜性，盡量使用與分析試樣成分及含量匹配的控制試樣進(jìn)行校正，同時保證控制試樣與鋁土礦試樣的玻璃熔片制樣條件一致，要求控制試樣含量準(zhǔn)確、成分均勻、玻璃樣片無缺陷，在日常分析時，將控制樣與試樣在相同的條件下進(jìn)行分析。

3.2 方法的精密度

對某一鋁土礦樣品制取樣片進(jìn)行連續(xù)10 次重復(fù)性測試的結(jié)果見表3。

表3 精密度結(jié)果分析(ω/%)

3.3 方法的重復(fù)性

對某一鋁土礦樣品制取10 個樣片，在相同的儀器條件下，測定并計(jì)算，結(jié)果見表4。

表4 重復(fù)性結(jié)果分析(ω/%)

3.4 方法的準(zhǔn)確度

為驗(yàn)證X 射線熒光光譜分析鋁土礦含量方法的可靠性，對10 個鋁土礦試樣進(jìn)行化學(xué)分析和X射線熒光光譜分析的對比分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 熒光光譜分析與化學(xué)分析結(jié)果對照(ω/%)

從表中分析數(shù)據(jù)結(jié)果看出，用熒光法和化學(xué)法進(jìn)行鋁土礦的成分對比分析數(shù)據(jù)的相對誤差小于鋁土礦石化學(xué)分析方法(YST575-2009)的相對允許差，分析結(jié)果與化學(xué)法吻合較好，X 射線熒光光譜分析法完全可以滿足鋁土礦石成分含量的準(zhǔn)確度要求。

3.5 問題討論

該分析方法雖然能有效減少和消除待測元素的化學(xué)態(tài)效應(yīng)和待測樣品的粒度效應(yīng)，但由于鋁土礦成分復(fù)雜，元素的基體效應(yīng)和背景干擾仍然存在，例如:Al 受Br 干擾，Na 受Zn 干擾，Ti 受Ba 干擾[3]；另外含MgO、CaO、Na2O 較高的試樣，也影響各含量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性；含F(xiàn)e2O3較高的鋁土礦試樣熔融較困難，易造成試樣不均勻；實(shí)際工作中需要根據(jù)試樣特性，充分將樣品和混合熔劑細(xì)磨混勻，調(diào)整熔樣時間，測量結(jié)果采用經(jīng)驗(yàn)影響系數(shù)及理論影響系數(shù)進(jìn)行校正，以減小測定誤差。

4 結(jié)語

本文通過測試條件的選擇、工作曲線的繪制、標(biāo)準(zhǔn)化校正、方法準(zhǔn)確度、精密度等方面的實(shí)驗(yàn)研究，證明用X 熒光光譜法測定鋁土礦中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2的含量，其分析精密度和準(zhǔn)確度均在行業(yè)分析標(biāo)準(zhǔn)允許差范圍內(nèi)，能滿足要求，此方法與化學(xué)法比較大大提高了分析速度，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。 此法現(xiàn)已應(yīng)用于氧化鋁生產(chǎn)的入磨高鋁碎礦、入管普鋁碎礦等分析，為氧化鋁生產(chǎn)提供及時、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的分析數(shù)據(jù)，能更好的為氧化鋁控制生產(chǎn)服務(wù)。