XRF聚丙烯膜在X熒光分析粉末制樣法中的應(yīng)用

王雁雁，李長(zhǎng)春，錢(qián)慶長(zhǎng)，謝 鵬

（1. 銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金冠銅業(yè)分公司 安徽 銅陵 244100；2.銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司技術(shù)中心 安徽 銅陵 244000）

1 引言

X熒光分析具有快速簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高、分析范圍廣等特點(diǎn)，該分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用且相當(dāng)成熟。作為與之配套的樣品制備方法也是多種多樣。常規(guī)粉末樣品制備方法有以下兩種：一種是熔融法［1］。熔融法是應(yīng)用較多的一種制樣方法，它較好地消除了顆粒度效應(yīng)和礦物效應(yīng)的影響。但熔融法也有明顯的缺點(diǎn)：一是因樣品被熔劑稀釋和吸收，使輕元素（特別是S、Si等）的測(cè)量強(qiáng)度減小，導(dǎo)致分析結(jié)果偏低；二是制樣復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)中控制分析對(duì)速度的要求；三是成本比較高，需要專(zhuān)用的熔融爐、專(zhuān)用熔劑，電能消耗大。另一種是粉末壓片法［2］。粉末壓片法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)，在分析工作量大、分析精度要求不太高時(shí)應(yīng)用。其中，粉末壓片法有粉末直接壓片［3］、粉末稀釋壓片［4］、用粘結(jié)劑襯底［5］和鑲邊等方法。粉末直接壓片最為方便，但不適用于粘性差的樣品；粉末稀釋壓片、用粘結(jié)劑襯底和鑲邊等方法適用性較廣，但操作較麻煩，還需用到其他試劑。

上述每種粉末樣品制備技術(shù)都有優(yōu)缺點(diǎn)，但沒(méi)有一種方便、快捷、經(jīng)濟(jì)，同時(shí)又能有效解決生產(chǎn)中一些粘性差，分析面易開(kāi)裂、易脫落或不易烘干含揮發(fā)組分粉末樣品的新型壓片方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，本文提供了一種方便快捷又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的XRF粉末樣品的制備方法，在實(shí)際生產(chǎn)中非常實(shí)用，從根本上解決了上述特定樣品的壓片問(wèn)題。

2 試驗(yàn)部分

2.1 儀器設(shè)備

XRF-1800型波長(zhǎng)色散X熒光光譜儀（日本島津公司）；ZHY-601B壓樣機(jī)（北京眾合創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限公司）；FTFS-180型密封式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)（浙江福特機(jī)械制造有限公司）；101A-2型鼓風(fēng)干燥箱（上海實(shí)研電爐有限公司）。

2.2 樣品及材料

選用渣選尾礦、熔煉爐渣等為樣品并預(yù)先烘干，冷卻后在制樣粉碎機(jī)中打磨1min，制成待分析粉末樣品。

試驗(yàn)材料包括XRF聚丙烯膜、鐵蓋、鋁蓋、塑料環(huán)，材料規(guī)格如表1、表2。

表1 XRF聚丙烯膜型號(hào)

表2 壓樣模具規(guī)格

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.3.1 采用鋁（鐵）蓋襯底直接粉末壓樣

將裝滿渣選尾礦樣品的鋁（鐵）蓋倒扣在壓樣模具上，采用400kN壓力一次加壓成型，保壓20s，得到待分析樣片。

2.3.2 采用鋁（鐵）蓋結(jié)合XRF聚丙烯膜壓樣

壓樣方式一：將裝滿渣選尾礦樣品的鋁（鐵）蓋倒扣在壓樣模具上，采用400kN壓力一次加壓成型，保壓20s，再將一層3.6μm厚XRF聚丙烯膜覆蓋在樣片分析面上，得到待分析樣片。

壓樣方式二：先在模具上鋪上一層3.6μm厚XRF聚丙烯膜，然后往鋁（鐵）蓋中加入渣選尾礦樣品至與鋁（鐵）蓋頂端平齊，倒扣在放有XRF聚丙烯膜的壓樣機(jī)模具上，采用400kN壓力一次加壓成型，保壓20s，得到待分析樣片。

壓樣方式三：先在模具上鋪上一層3.6μm厚XRF聚丙烯膜，然后放上塑料環(huán)，再往塑料環(huán)中加入渣選尾礦樣品至與塑料環(huán)頂端平齊，放到壓樣機(jī)模具上，采用400kN壓力一次加壓成型，保壓20s，得到待分析樣片，將襯有XRF聚丙烯膜的一面作為分析面，樣品的另一個(gè)面可用50mm×50mm的透明膠帶粘上。采用同樣的壓樣條件，再分別選用2.5μm、6μm、12μm厚XRF聚丙烯膜進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)效果分析

3.1 壓樣模具的選擇

試驗(yàn)過(guò)程分別采用鋁蓋、鐵蓋、塑料環(huán)三種模具結(jié)合XRF聚丙烯膜壓片。由表3可知，塑料環(huán)結(jié)合XRF聚丙烯膜壓片是最理想的壓樣方式。

表3 不同模具壓樣效果

根據(jù)表3的壓片效果可知，鋁蓋結(jié)合XRF聚丙烯膜的效果一般，樣片中間部位平整，邊緣處碎裂，鋁蓋與XRF聚丙烯膜結(jié)合處有粉末脫落，樣片不具備分析條件；鐵蓋結(jié)合XRF聚丙烯膜的效果較差，樣片中間部位平整，邊緣處開(kāi)裂，有粉末脫落情況嚴(yán)重，樣片不具備分析條件；塑料環(huán)結(jié)合XRF聚丙烯膜的效果很好，整個(gè)樣片表面都很平整、光滑、無(wú)開(kāi)裂，邊緣處無(wú)粉末掉落現(xiàn)象，塑料環(huán)模具與物料及XRF聚丙烯膜完美結(jié)合無(wú)縫隙，樣片具備分析條件。

3.2 不同厚度XRF聚丙烯膜壓片熒光強(qiáng)度衰減情況

由于熒光強(qiáng)度跟樣品中元素濃度呈正相關(guān)關(guān)系，故本文采用濃度代替熒光強(qiáng)度來(lái)描述熒光強(qiáng)度衰減情況。由表4可知，根據(jù)聚丙烯膜與塑料環(huán)邊緣貼合程度可得出，使用6μm和12μm的聚丙烯膜在熔煉爐渣樣品中壓片后會(huì)出現(xiàn)局部鼓泡，不能分析的現(xiàn)象；使用12μm的聚丙烯膜在渣選尾礦樣品中壓片后會(huì)出現(xiàn)局部鼓泡，不能分析的現(xiàn)象。

表4 不同厚度XRF聚丙烯膜壓片熒光強(qiáng)度衰減表

結(jié)合表4及圖1、圖2的熒光強(qiáng)度衰減數(shù)據(jù)看出，熔煉爐渣和渣選尾礦中的各檢測(cè)元素強(qiáng)度均有不同程度的衰減，其中熔煉爐渣中Cu、Pb、Zn、As、S強(qiáng)度衰減不明顯，F(xiàn)e、SiO2的強(qiáng)度隨著聚丙烯膜厚度增加衰減程度逐漸增大。渣選尾礦中Cu、As強(qiáng)度衰減不明顯，F(xiàn)e的強(qiáng)度隨著聚丙烯膜厚度增加衰減程度逐漸增大，在使用3.6μm膜厚的XRF聚丙烯膜時(shí)其衰減程度已達(dá)到30%。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：在使用塑料環(huán)和樣品及XRF聚丙烯膜的壓片方式后，熒光分析時(shí)會(huì)對(duì)部分元素的強(qiáng)度產(chǎn)生衰減，但對(duì)于這種元素強(qiáng)度衰減的情況，可通過(guò)在同一條件下制備標(biāo)準(zhǔn)試料片進(jìn)行校正消除。

圖1 熔煉爐渣檢測(cè)元素強(qiáng)度衰減圖

圖2 渣選尾礦檢測(cè)元素強(qiáng)度衰減圖

3.3 XRF聚丙烯膜厚度的選擇

采用不同厚度XRF聚丙烯膜進(jìn)行試驗(yàn)并觀察熒光強(qiáng)度衰減情況，厚度為2.5μm、3.6μm的聚丙烯膜壓樣效果都不錯(cuò)，但XRF聚丙烯膜的厚度越薄價(jià)格越貴，為節(jié)省成本，選擇厚度3.6μm的XRF聚丙烯膜作為日常分析使用經(jīng)濟(jì)合理。

3.4 塑料環(huán)高度選擇

通過(guò)采用4.0mm、5.0mm兩種高度規(guī)格塑料環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)，由于4.0mm高塑料環(huán)裝樣量稍有些偏少，塑料環(huán)與樣片接觸處偶爾會(huì)因?yàn)樗芰檄h(huán)應(yīng)力變形而出現(xiàn)分離現(xiàn)象，故采用5.0mm高塑料環(huán)壓樣較為適宜。

3.5 適應(yīng)樣品種類(lèi)的選擇

通過(guò)試驗(yàn)可知，3.6μm厚的XRF聚丙烯膜結(jié)合5.0mm高塑料環(huán)壓樣，能解決兩類(lèi)典型樣品在粉末壓片中的壓片困難問(wèn)題，一類(lèi)是渣尾礦、爐渣、原礦等銅含量低、黏度差的樣品；另一類(lèi)是煙灰、砷濾餅等含酸類(lèi)易揮發(fā)的樣品。

3.6 方法的準(zhǔn)確度

采用XRF聚丙烯膜結(jié)合塑料環(huán)壓片后建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線［6］，未知樣分析結(jié)果與化學(xué)分析結(jié)果對(duì)照如表5所示。

表5 X熒光分析與化學(xué)分析結(jié)果對(duì)照表

從表5中可以看出：化學(xué)分析和X熒光分析對(duì)5個(gè)未知含量的樣品元素檢測(cè)含量結(jié)果較吻合。以生產(chǎn)控制過(guò)程中最關(guān)注的元素為例：Cu含量差值最大僅為0.05%、Fe含量差值最大僅為0.30%、SiO2含量差值最大僅為0.30%，均在生產(chǎn)要求的誤差范圍內(nèi)。結(jié)果表明：該方法檢測(cè)的準(zhǔn)確度較高。

4 試驗(yàn)結(jié)論

用3.6μm厚的XRF聚丙烯膜結(jié)合5.0mm高塑料環(huán)使用在粉末樣品的壓片中，取得了很好的效果，特別是對(duì)于熔煉爐渣、渣選尾礦等黏度較差的樣品和煙灰等含酸易揮發(fā)的樣品。此壓片方法從根本上解決了這部分樣品因?yàn)轲ざ容^差而難以壓片或樣品含酸腐蝕X熒光分光晶體以及無(wú)法保證分析腔真空度，從而導(dǎo)致儀器不能正常檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)表明：采用XRF聚丙烯膜結(jié)合塑料環(huán)壓片建立的工作曲線線性良好，分析結(jié)果與化學(xué)法較吻合，適合于X熒光日常分析。

5 結(jié)語(yǔ)

本文采用塑料環(huán)壓樣，在塑料環(huán)底部襯上一層X(jué)RF聚丙烯膜，壓樣片成品致密、平整、光滑，在X熒光分析抽真空時(shí)樣片不會(huì)開(kāi)裂、不會(huì)脫落粉末，不會(huì)污染真空室；含酸樣品也不會(huì)因?yàn)樯渚€照射而揮發(fā)含酸組分導(dǎo)致分光晶體腐蝕。因此，XRF聚丙烯膜結(jié)合塑料環(huán)壓片大大降低了真空室的清理頻率，減少了X熒光儀的維護(hù)、維修頻率，降低了儀器的故障率，從而降低成本。此外，該壓片方法延長(zhǎng)了儀器的穩(wěn)定性（漂移周期）和使用壽命。更重要的是，通過(guò)創(chuàng)新制樣方法，對(duì)于常規(guī)壓樣方式無(wú)法檢測(cè)的樣品，也能準(zhǔn)確快速地檢測(cè)。