未知原料礦物玻璃熔融法在IQ+軟件上的應用

摘要:熔融法最大的優點就是能夠克服樣品當中的顆粒度效應和礦物效應。由于溶劑的稀釋作用，還可以有效地降低元素間吸收增強效應。本文作者針對Analymate—V2高頻熔樣機熔樣速度快，使用方便等特點，總結一些常見樣品的制樣方法。

關鍵詞:未知原料 玻璃熔融法 IQ+軟件

0 引言

未知礦物玻璃熔融法在登封電廠集團技術中心檢測實驗室的應用較為頻繁，它與集團公司經營狀況有密切的關系:氧化鋁、水泥、煤炭等原材料及輔助材料的開發與采購在本集團占有舉足輕重的作用。為了更有效地監督或指導生產工藝和研究開發中的質量控制，我利用多種未知原材料樣品在高頻熔樣機上進行了長期的摸索和實驗，制作出的玻璃容片均勻，沒有產留物和氣泡的生成，易脫模等特點。經過在不同的熒光光譜儀上使用IQ+軟件分析實驗，其定性半定量結果均在偏差范圍。

1 實驗部分

1.1 儀器 北京靜遠世紀科技有限公司Analymate—V2高頻熔樣機

(鉑95%—黃5%)合金坩堝和模具

1.2 樣品 未知原料礦物必須被磨至小于100μm的顆粒度，最好小于50μm，以使所取樣品能代表整個塊體材料;樣品質量通常為0.1～4g，更普遍的是0.5～2g;樣品在馬弗爐中灼燒，通常溫度950℃～1050℃，準確稱出燒失量，以便計算準確。

1.3 熔劑和脫模劑:

1.3.1 熔劑 四硼酸鋰熔劑(Li2O·2B2O3或Li2B4O7)，熔點:917℃，是一種弱酸性溶劑，能與堿性樣品相容;

偏硼酸鋰熔劑(Li2O·B2O3或LiBO2)，熔點:849℃，是一種堿性溶劑，能與酸性樣品相容;

四硼酸鈉熔劑(Na2O·2B2O3或Na2B4O7)，熔點:742℃，是一種中性或弱堿性溶劑，能與弱酸性樣品相容，黏性較強;

偏磷酸鈉熔劑(NaPO3或Na2O·P2O5)，熔點:627℃，是一種弱堿性溶劑，能分解和熔融大多數氧化物，特別是過渡元素的氧化物。(四硼酸鋰熔劑67%+偏硼酸鋰熔劑33%)混合熔劑，是一種多功能型的，使用較普遍。

熔劑通常選用四硼酸鋰，由于四硼酸鋰的熔點較高，通常還會添加偏硼酸鋰和氟化鋰等藥品降低熔劑的熔點，增強流動性。

1.3.2 脫模劑 為了便于熔片從坩堝模具中脫出，在熔樣時要加入脫模劑。脫模劑一般選用NH4Br、 BrLi、 NH4I、KI等，配成過飽和溶液或者直接使用。加入量應控制在0.15～0.30g。

注:熔融過程中一些有害元素金屬單質和As，Pb，Sn，Sb，Zn，Bi，S，Si，C等會在高溫下和鉑金形成合金，腐蝕坩堝。對于硫化物和金屬等樣品要加入氧化劑進行充分的預氧化。

1.4 樣品和熔劑的預處理 樣品和熔劑在使用前都要經過烘干，去掉其中的吸附水和結晶水。硫化物、金屬和以最低氧化態存在的過渡金屬氧化物(如Cu2O)，在實施熔融前必須先氧化。如果樣品的氧化在熔融過程中進行時，坩堝可能會逐漸被腐蝕，有時是非常嚴重的，正如有時觀察到的熔融硅鐵和金屬硅的情形。

更好且更安全的程序是熔融前在坩堝中氧化樣品，然后加如溶劑并和氧化物一樣熔融，可以通過以下兩步成功熔融:首先用約0.3～0.5g硫化物精礦樣品與1g或2g的硝酸鋰和1g四硼酸鋰充分混合，其余的溶劑覆蓋在樣品混合物上，脫模劑加在最上面，開始慢慢加熱并逐漸升溫，約400℃的低溫下保持2～3分鐘，以促使樣品的氧化。然后再約1000℃的正常熔融溫度下保持4～5分鐘，是樣品均勻。可在樣品中加幾滴水或稀硝酸有助于消除空氣，空氣會將硫化物氧化成SO2(一種氣體)而不是SO3(可溶的氧化物)。

1.5 熔融步驟

1.5.1 稱量 首先要稱量熔劑和樣品:一般比例在10:1，有時也可以低到5:1甚至是2:1，有些難熔的樣品這一比例可以提高到25:1或40:1稱量總重在4～8g之間，稱量的精度在萬分之三以內。

1.5.2 熔融 稱量好后加入3～5滴脫模劑，選擇事先設定好的自動模式，并啟動熔融程序，對于難熔的樣品:如熔融時間長、溫度高、脫模劑揮發量大，可以在結束之前1分鐘左右再次加入2～3mg的固體脫模劑，熔融好后的樣品應放置1.5～2分鐘凝固，然后取出標識放入干燥器內，以便保存。

2 具體樣品熔融條件

根據經驗，我對一些常見的樣品針對高頻融樣機的特點摸索出了一些熔樣條件。對于不同的樣品，設置參數如下表

注:對于特殊的某些樣品，如螢石等含有揮發性元素的樣品，熔融的溫度要設定的特別的低，避免元素揮發丟失。

對于具體的實際樣品，用戶還可以通過手動方式優化這些熔融條件參數。

2.1 針對不同行業物質的熔融程度總結如下

2.1.1 鋼鐵行業經常做的樣品有:鐵礦石、鐵精礦、磁鐵礦、球團礦、燒結礦、石灰石、爐渣、螢石、白云石等;

原料:鐵礦石，鐵精礦，磁鐵礦(屬一般樣品)

過程控制檢測:球團礦，燒結礦，爐渣， (屬一般樣品)

輔料:石灰石，螢石，白云石(屬易熔樣品)

最終產品:鋼

2.1.2 水泥行業經常做的樣品有:

原料:石灰石，(屬易熔樣品)

輔料:鋁礬土，黏土，高嶺土等;(屬一般樣品)

中間過程半成品:生料，熟料(屬一般樣品)

最終產品:水泥(屬一般樣品)

2.1.3 電解鋁、氧化鋁行業經常做的樣品有:

原料:鋁土礦，(屬一般樣品)

輔料:冰晶石(屬一般樣品)

過程控制檢測:赤泥，氫氧化鋁(屬一般樣品)

最終產品:氧化鋁;(屬難熔樣品)

2.1.4 地質行業經常做的樣品有:

土壤，巖礦，石英砂等;(屬難熔樣品)

2.1.5 化工行業經常做的樣品有:

原料:磷礦(屬易熔樣品)

2.1.6 石化行業經常做的樣品有:

原料:氧化鋁，石英砂，(屬難熔樣品)高嶺土等;(屬一般樣品)

最終產品:催化劑，(屬難熔樣品)

3 結論

經過近三年的實踐實驗證明:在分析若干未知樣品時，可以根據以上樣品熔融的難易程度有一個簡單的度的把握，制作出的玻璃熔片能夠既簡單又快速的使用IQ+軟件檢測出定性半定量分析結果。

參考文獻:

[1]《硼酸鹽熔融的物理與化學》——獻給X射線熒光光譜儀學工作者.卓尚軍(譯).