X-熒光儀測定鐵精礦中主次量成分

羅開良，劉傳仕，魏 巍

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南 馬關(guān) 663700）

冶煉行業(yè)的快速發(fā)展中，為保證產(chǎn)品質(zhì)量及進(jìn)廠物料符合結(jié)算要求，需要根據(jù)工藝要求對鐵精礦中各成分進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析。在傳統(tǒng)分析中，鐵精礦中全鐵量的分析為重鉻酸鉀滴定法，硫的分析為重量法、高頻紅外吸收法等，砷的分析為原子熒光光譜法及電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法，氟的分析為離子選擇電極法，鉛和鋅的分析為原子吸收分光光度法及電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。這些傳統(tǒng)化學(xué)分析方法結(jié)果準(zhǔn)確可靠，但分析周期較長，分析人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，難于滿足快節(jié)湊的生產(chǎn)需求。因此使用X-熒光測定鐵精礦中各成分成為了現(xiàn)實(shí)選擇。

X-熒光測定鐵精礦中各成分大多采用熔融法[1-4]，此法可有效克服基體效應(yīng)，但操作繁雜，不能滿足大批量的樣品分析及快節(jié)湊的生產(chǎn)需求。本文采用粉末壓片法，通過收集各元素含量都有一定梯度的樣品，通過不同方法進(jìn)行定值，作為制作工作曲線使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品，對制樣條件、測量條件進(jìn)行優(yōu)化，檢測結(jié)果能滿足生產(chǎn)需求。

1 實(shí)驗(yàn)原理

由X射線光管產(chǎn)生的原級X射線照射到樣品上，所產(chǎn)生的特征X射線熒光經(jīng)過準(zhǔn)直器照射到分光晶體時(shí)，就產(chǎn)生衍射，探測器接收到經(jīng)過衍射的X射線信號。通過分光晶體和探測器的同步運(yùn)動(dòng)，不斷改變衍射角度，并可以獲得樣品內(nèi)各種元素產(chǎn)生的特征X射線的波長及各個(gè)波長的X射線強(qiáng)度，據(jù)此進(jìn)行定量分析。

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要儀器和材料

（1）儀器：ZHY40t壓樣機(jī)，北京眾合創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限責(zé)任公司；Axios Max X射線熒光光譜儀，荷蘭帕納科。

（2）試劑：硼酸，市售AR。

2.2 標(biāo)樣選擇

標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇要求每一個(gè)元素都有足夠的含量，且含量應(yīng)有一定的梯度，對于粉末壓片法測定礦物，還必須考慮待測試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣品礦物組成的基體相似性。顯然國家標(biāo)準(zhǔn)鐵礦石滿足不了工作需求。因此在日常分析中收集了一組進(jìn)廠鐵精礦分析樣，經(jīng)定值以備建立工作曲線。各元素的含量范圍 分 別 為Fe：56.00%～ 63.46%；S：5.27%～ 25.11%；As：0.019%～0.688%；F：0.130%～0.256%；Pb：0.009%～0.020%；Zn：0.11%～0.524%，樣品的定值都是按照國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.3 待測樣品制備和測定

取以200目樣品篩能全部過篩的樣品約6g置于配套的壓樣模具中，加硼酸襯底托邊，在40t壓力下靜壓25s，制成厚度約為5mm左右的圓片。用金屬鑷子刮去邊角處可能脫落的硼酸，再用洗耳球?qū)A片表面的粉塵吹干凈。在非分析面做適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，待測。用設(shè)定好的條件和相應(yīng)的程序?qū)Υ郎y樣進(jìn)行分析。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

在選定的X射線熒光光譜儀的工作條件下，測量選定標(biāo)樣的各元素?zé)晒庵担詿晒庵祵x定標(biāo)樣中各元素的濃度繪制工作曲線。根據(jù)譜線干擾情況，采取必要的背景校正。對各元素的熒光值和濃度進(jìn)行變量回歸，獲得各組分的工作曲線。

3 結(jié)果與討論

3.1 粉末壓片條件選擇

在粉末樣品中，元素的熒光強(qiáng)度不僅與元素本身的濃度有關(guān)，還與樣品粒度、樣片厚度、壓片壓力、保壓時(shí)間有關(guān)。

（1）樣品粒度。分析線的熒光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨樣品粒度的減小而升高，當(dāng)樣品細(xì)化到一定程度時(shí)，分析線的熒光強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，此時(shí)的粒度稱為臨界粒度。分析線的波長越短，相對應(yīng)的臨界粒度越大。以PbLβ1為分析線，分別測定粒度大小不一的樣品，數(shù)據(jù)表明：當(dāng)樣品能過200目篩時(shí)，粒度能滿足分析要求。

（2）樣品厚度。分析線的熒光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨樣品厚度的增大而增大，當(dāng)樣品厚度到達(dá)一定程度時(shí)，分析線的熒光強(qiáng)度不再隨樣品厚度的增大而增大并維持恒定，此時(shí)的厚度稱為臨界厚度或臨界厚度。波長越短，相應(yīng)的臨界厚度越大。固定壓力及靜壓時(shí)間，以同一樣品為例，分別制成厚度不一的樣片(此時(shí)硼酸僅用于托邊)。以PbLβ1為分析線，分別測定不同樣片的熒光強(qiáng)度，數(shù)據(jù)表明：當(dāng)樣片厚度到達(dá)5mm時(shí)（加入的樣品質(zhì)量約為6g），熒光強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。為保證樣片質(zhì)量，需加以硼酸襯底。以同一樣品為例，取樣品6g左右，分別加入不同量的硼酸在固定壓力及靜壓時(shí)間下制成樣片，以PbLβ1為分析線，分別測定不同樣片的熒光強(qiáng)度，數(shù)據(jù)表明：襯底硼酸的用量不影響熒光強(qiáng)度。

（3）壓片壓力。壓片壓力直接影響樣片的質(zhì)量，以已過200目篩的同一樣品為例，壓力分別設(shè)為15t、20t、25t、30t、35t、40t、45t、50t，保壓時(shí)間設(shè)為25s，制成不同樣片。從樣片外觀可以看到，當(dāng)在壓力為15t和20t條件下制成的樣片較為疏松，表面粉塵較多，其余條件下制成的樣片外觀滿足要求。在同一條件下測定壓力分別為25t、30t、35t、40t、45t、50t條件下制成的樣品。數(shù)據(jù)表明：隨著壓力增大，熒光強(qiáng)大逐步增大，當(dāng)壓力超過40t后趨于穩(wěn)定，考慮到壓樣機(jī)的性能，壓力定為40t。

表1 儀器分析條件

表4 準(zhǔn)確度測試

（4）保壓時(shí)間。保壓時(shí)間也是影響樣片質(zhì)量的一個(gè)重要因素。以已過200目篩的同一樣品為例，壓力設(shè)為40t，保壓時(shí)間分別設(shè)為10s、15s、20s、25s、30s、35s，從樣片外觀判斷，各個(gè)條件下制成的樣品皆符合要求，在同一條件下測定各個(gè)樣片的熒光強(qiáng)度。數(shù)據(jù)表明：隨保壓時(shí)間增大，熒光強(qiáng)度有一定的增強(qiáng)，當(dāng)保壓時(shí)間到達(dá)25s后，熒光強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，考慮分析周期，保壓時(shí)間設(shè)為25s。

3.2 儀器條件選擇

（1）譜線選擇。綜合考慮本公司日常檢測鐵精礦中各元素的范圍、元素所對應(yīng)的各譜線強(qiáng)度及譜線之間的相互干擾，故Fe的譜線為Kβ，Pb的譜線為Lβ1，其余皆為Kα。

（2）電流電壓選擇。Axios Max X射線熒光光譜儀的額定功率為4KW，考慮儀器的使用壽命，日常使用中應(yīng)用80%左右的功率，即3.2KW左右。實(shí)際使用中既要元素的最佳激發(fā)效率，且電流電壓不宜頻繁驟變，否則一定程度上影響分析速度。在本次實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)、S選擇25KV×128mA的電壓電流組合，F(xiàn)e、As、Pb、Zn選擇50KV×64mA的電壓電流組合。

（3）晶體選擇。光譜儀光路的總體靈敏度取決于所選晶體的反射率和準(zhǔn)直器的片間距。兼顧譜線強(qiáng)度、色散率及分辨率，F(xiàn)、S的晶體分別為PX1、Ge11，F(xiàn)e、As、Pb、Zn的晶體皆為LiF220。在已選定的條件下對6各元素分別進(jìn)行角度檢測及PHD檢測。儀器分析條件見表1。

3.3 精密度及準(zhǔn)確度測試

取一份試樣按上述所設(shè)定條件讓8個(gè)分析員獨(dú)立操作，將測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見下表2。按上述方法制得一個(gè)樣品，重復(fù)測定8次，將測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見下表3。兩組數(shù)據(jù)表明，該法具有較好的精密度。

表2 精密度測試

表3 精密度測試

以該方法與化學(xué)法相比，結(jié)果見表4。數(shù)據(jù)表明：該法與化學(xué)法結(jié)果符合性較好。

4 結(jié)論

利用粉末壓片法X熒光測定鐵精礦中Fe、S、As、F、Pb、Zn，與傳統(tǒng)化學(xué)法相比，分析速度快，提高了分析效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)果準(zhǔn)確度能滿足生產(chǎn)要求。