x射線熒光光譜儀測定燒結礦組分

張軍，劉永利，孫浩

（1.天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣 056404；2.遼寧省有色地質局106隊測試中心，沈陽 110032）

x射線熒光光譜儀測定燒結礦組分

張軍1，劉永利2，孫浩1

（1.天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣 056404；2.遼寧省有色地質局106隊測試中心，沈陽 110032）

敘述了應用x射線熒光光譜儀測定燒結礦中的TFe、CaO、MgO、SiO2、Al2O3、S。通過對其影響因素進行理論分析和試驗研究，確定了最佳測定條件，有效滿足了實驗方法分析標準的要求。該方法具有快速、準確、精度高、成本低等優點，能及時為生產部門提供準確的參考依據，有力促進了爐況調劑，實現了高爐長周期穩定順行。

x射線熒光光譜儀 硼酸鑲邊 襯底 壓片 燒結礦

1 引言

面對世界經濟回升乏力及原燃料供應的高度壟斷，鋼鐵產品供大于求，原燃料供應相對緊張，原燃料價格維持高位的市場環境，天鐵集團已不再追求傳統的“精料方針”，而是著力實施“經濟料方針”，在此背景下，原燃料質量下滑不可避免。如何在現有原燃料條件下，更好地發揮鐵前系統對高爐的支撐作用成為擺在天鐵面前的一項重大課題。

燒結礦作為天鐵高爐煉鐵的主要原料，其成分的準確控制直接影響到高爐的順行和鐵水的質量。因此，天鐵以質量控制為核心，加大實驗研究力度，實時進行各種原燃料和入爐礦石的實驗評價，以此實現原燃料結構和爐料的動態調整，確保高爐生產穩定順行。

2 對比分析

通常測定燒結礦各組分主要采用化學分析法，但該法的分析時間太長，勞動強度大，不能有效滿足煉鐵生產的需要。而采用x射線熒光光譜儀分析燒結礦中各組分，雖然采取熔片法制樣能完全消除礦物效應和粒度效應，但制樣太長，設備和熔劑的成本太高。采用壓片法制樣，不僅基本消除礦物效應和粒度效應的影響，而且實驗結果較好，可滿足生產工藝控制的要求。

一般情況下，元素特征x射線的強度和該元素在樣品中的原子總數成一定的函數關系，進行校正后，我們可以求得該元素在樣品中的百分含量。校正曲線法是通過測定標準樣品的特征x射線強度，由標準樣品含量值和強度可以求得工作曲線的系數，得到工作曲線方程。把未知樣品的強度值代入方程，即可求出未知樣品的百分含量，見圖1。

圖1 樣品強度與含量的關系

常用曲線方程：W=aI+b，W=aI2+bI+c

其中，W為含量值；a、b、c為系數；I為特征x射線強度。

3 實驗研究

3.1 儀器與測量條件

采用MXF-2400 X射線熒光光譜儀，端窗式薄窗口鐒靶x射線管，具體測量條件見表1。

表1 儀器測量條件

研磨樣品采用長春科光機電有限公司的ZM-D型振動磨樣機，壓片采用長春科光機電有限公司的YYJ-60-CK型壓樣機。

3.2 樣品制備

煉鐵廠按標準取樣制樣后，將試樣送達煉鐵化驗室。稱取50 g燒結礦粉末樣，烘干后放入振動磨樣機，研磨120 s。經過二次研磨后，試樣過200目篩的通過率在98%以上，基本消除粒度效應的影響。取一定量的試樣放入硼酸鑲邊襯底的模具內，加壓力30 t，保壓20 s，制成樣片備用。

3.3 工作曲線的建立

選取26個燒結礦內控樣（化學法定值）作為標樣，按MXF-2400軟件方法建立工作曲線。對工作曲線進行適當的調整和校正，得到最佳工作曲線，見表2。

表2 工作曲線參數表

3.4 基體校正

燒結礦中主要組成包含多種元素，內部產生的x熒光受基體元素的影響，因此強度改變了，這就是基體效應。一般分析情況下，如果元素的含量分布跨度比較小，可以不考慮基體效應的影響。校正過程本身是一個純粹數學計算，和實際的物理過程還是有區別的，因此影響不大時不考慮基體效應的干擾。

3.5 漂移校正

隨著時間的推移，溫度的變化或者探測器狀態的微小變化都會引起x射線強度緩慢的、小的變化。對于這樣的變化，通常利用漂移校正進行解決，這種方法也稱為標準化。作為標準化樣品，應該是品質穩定不變的，它的x射線強度和實際樣品比較一致。

因此我們選擇一個含量合適的內控樣作為標準化樣品。由于燒結礦含量分布跨度比較小，在此采用一點校正法。

其中，a為校正系數；I`為作漂移校正時測得的標準化強度；I為登記的標準化樣品基準強度。

3.6 檢出限

根據IUPAC分光化學分析分會采納的檢出限定義，按照本方法的實驗條件，燒結礦中各元素的檢出限如表3所示。

表3 各元素的檢出限/μg/g

檢出限的計算公式為：

其中，Cl為檢出限；m為靈敏度；I0為空白試樣的計數率；t為空白試樣的測量時間。

3.7 樣品分析

將放置樣片的樣盒依次放在x熒光光譜儀的轉盤上，在分析條件中選擇燒結礦工作曲線，輸入編號，點擊開始分析。分析結束后計算機自動進行計算，將測量結果顯示在屏幕上。

4 結果與討論

4.1 制樣需要考慮的因素

燒結礦樣品中分析元素的熒光x射線強度和樣品的粒度大小有關，在相同壓力下，樣品粒度越小，x射線強度越高。為了盡可能降低粒度效應的影響，我們對燒結礦樣品經過二次研磨，使其粒度大于200目，基本消除了粒度效應的影響，使樣品更均勻，更具有代表性。

粉末壓片法中制樣壓力對元素的x射線測量強度有影響，即隨著壓力增加，強度提高，這種趨勢逐漸趨緩，見圖2。經過試驗，當壓片機壓力設定在30 t，保壓時間在20 s時效果最佳。

圖2 粒度與壓力的影響

樣品的礦物效應也是熒光光譜儀分析粉末樣品時的誤差來源之一。為了消除礦物效應，在燒結礦中注重選擇有代表性的樣品，依照規范取制樣，化學法測定含量值，制備了一批符合生產實際的燒結礦內部標樣來制作工作曲線。

4.2 最佳工作電壓的選擇

x光管的工作電壓要求至少大于4倍元素臨界激發電位，由于分析元素原子序數均較?。ㄗ畲驠e：25），故選擇工作電壓在40 kV。根據工作電壓（kV）×工作電流（mA）≤額定功率的原則，采用較大的工作電流，熒光產額更大，分析的準確性更高，但又要考慮到保護x光管,不達到最大功率（4 kW），所以選擇工作電流在90 mA。

4.3 PHD 的選擇

脈沖高度分析（PHD）能夠有效地降低噪音和濾除高次線的干擾，所以要對每個測量元素分別做PHD。選擇該元素含量值最大的標樣做PHD，根據譜線選擇恰當的上下限。當檢測器中填充氬氣時，在譜線前有逃逸峰存在，注意不要漏掉逃逸峰，見圖3。

圖3 波高分布圖

4.4 分析時間的選擇

x熒光光譜儀將檢測到的特征x射線強度通過工作曲線的函數關系計算出來，得到含量值。理論上激發時間越長，分析結果越準確。但是分析時間太長，不適應連續生產的需要。燒結礦分析項目均為其主、次組分，不測痕量元素。因此，分析時間達到一定時，測量結果十分接近。經過試驗比對，分析時間在40 s即可提供準確可靠的數據。

4.5 成本考慮

采用PVC環壓片，每個PVC環的價格為0.59元。采用熔片方法制樣，消耗的熔劑和設備費用更高。而采用硼酸鑲邊壓片，樣片不僅能夠滿足熒光分析的要求，而且每個樣片成本不足0.05元。因此在不影響分析準確性的前提下，選擇硼酸鑲邊壓片的方法就很好地滿足了降本增效的目的。

4.6 精密度試驗

任取一燒結礦試樣，連續測量6次，測試結果見表4。

表4 測定結果的精密度

4.7 準確度試驗

隨機取5個燒結礦試樣進行測量，其分析結果與化學分析結果對照，結果見表5。

表5 測定結果的準確度

5 結束語

通過對制樣方法和儀器的各種分析條件的合理選擇，采用本方法分析燒結礦，具有簡單易操作、分析準確度高、精度高、分析時間短的特點，完全能夠滿足煉鐵生產的需要，為高爐加強上下部調劑、優化爐料結構、穩定爐況、保持爐長周期穩定順行提供了有力的技術支持。

Determination of Sinter Component by X-ray Fluorescent Spectrometer

Zhang Jun1,Liu Yongli2,Sun Hao1
(1.Technical Center,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China;2.Team 106 Testing Center,LiaoningNonferrousGeologyBureau,Shenyang, Liaoning Province 110032,China)

X-ray fluorescent spectrometer is utilized to measure Total Fe,CaO,MgO,SiO2,Al2O3and S contents in sinter ore.The authors carry out theoretic analysis,experiment and study on the influence factors to determine the best measurement conditions which well satisfy the requirement by testing method and analysis standard.This method,with advantages of fast speed,high accuracy and precision,and low cost,can provide accurate reference basis to production departments,which facilitates furnace condition adjustment.BF steady and smooth running in long cycle is achieved.

X-ray fluorescent spectrometer,boric acid edged substrate,pressed disc,sinter ore

張軍，男，2006年7月畢業于遼寧工程技術大學測控技術與儀器專業，現天鐵技術中心從事冶金分析工作。

（收稿 2012－03－27 編輯 崔建華）