X射線熒光光譜法分析燒結礦中有害元素

太井超，殷宏，閆學會

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

X射線熒光光譜法分析燒結礦中有害元素

太井超，殷宏，閆學會

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

采用熔融制樣X射線熒光光譜法分析燒結礦中砷、鉛、鋅元素含量。采用硝酸鋰作為氧化劑，四硼酸鋰作為熔劑，飽和溴化鋰作為脫模劑，高溫熔融制樣；以不同含量的燒結礦標準樣品及有化學值的生產樣品作為校準樣品，建立分析曲線，通過校正，測定樣品中的元素含量。該方法的測定結果與標樣標準值及ICP法的測量結果一致，準確度及精確度較高，能夠滿足生產需求。

X射線熒光光譜法；熔融制樣；燒結礦；有害元素

1　引言

為滿足鋼鐵行業節能減排，降低生產成本的要求，鋼鐵廠對各種回收物料進行綜合利用，通過配比使用不同的回收物，達到降低生產成本，實現利潤最大化的目的，這種形勢可以有效提高鋼鐵企業在同行業中的競爭力。物料繁雜會造成雜質有害元素的引入，在生產中，在入爐的燒結礦中砷、鉛、鋅等元素對高爐的穩定運行及優質品種鋼對微量元素的要求具有重要影響。

在高爐冶煉過程中，來源于礦石中的砷可以全部進入生鐵。在煉鋼過程中砷激怒鋼材也會產生“冷脆”現象，影響鋼材的焊接性能。鉛在冶煉過程中有一部分會以蒸汽形式逸出。由于鉛和鐵不生成固熔體，一般它是以微小的球狀形態而存在于鋼中，易發生偏析，對鋼的性質有一定不良影響。鉛能降低鋼的塑性，降低鋼的沖擊值。鉛的密度大于鐵水的同時，又不溶解于鐵水，所以被還原出來的鉛會爐體的鐵水層以下沉積，慢慢滲入煉鋼爐體磚縫，從而破壞爐底磚，甚至使爐底砌磚浮起。鉛又極易揮發，在高爐上部形成氧化物，粘附于爐墻上，易引起結瘤。鋅在高爐內循環富集嚴重影響高爐順行和熱制度穩定。為了保證高爐的穩定運行，滿足優質鋼的生產要求，必須采取快速有效的方法測量出砷、鉛、鋅等有害元素的含量，為生產提供可靠的數據。

文獻資料中關于燒結礦微量有害元素的測定較少，通常我們只關注主量元素，但微量元素的測定結果對生產同樣重要。利用現有的x熒光分析儀，通過購買標樣和化學法定值的樣品作為校準用樣品，熔樣制樣分析，繪制分析曲線。得到的分析結果準確度及精密度能夠滿足實際需要，為工藝生產提供有效的監控數據。

2　實驗儀器及試劑

2.1儀器設備

Axios X熒光光譜儀（荷蘭PANalytica1公司PW4400）；RYL-02A型洛陽特耐試驗設備有限公司熔樣機；震動研磨機，電子天平（精確到±0.000 1 g）。

2.2試劑

無水四硼酸鋰（分析純，X射線熒光專用）；硝酸鋰（分析純，105℃烘干2min）；溴化鋰飽和溶液（分析純）；氬-甲烷P10氣。

2.3儀器工作條件（見表1）

表1　儀器工作條件

3　實驗過程

3.1熔融樣片的制備

樣品于105℃烘箱內烘干2 h。準確稱取1.000 0 g（精確到±0.000 1 g）硝酸鋰，0.600 0 g（精確到±0.000 1 g）樣品，9.000 0 g（精確到±0.000 1 g）四硼酸鋰置于鉑金坩堝中，將樣品與熔劑充分混合，再在樣品表面滴加6滴溴化鋰飽和溶液，再將稱好樣品的鉑金坩堝置于自動熔樣機上，進行高溫熔融，于1 100℃溫度下熔融17 min（預融2 min、搖動熔融15 min），在坩堝中直接冷卻成型，待測。

3.2工作曲線繪制與樣品的測量

掃描建立工作曲線用標準樣品，確定測定角度、測定時間、PHD圖、背景干擾元素等條件。分別測定各標準樣品中的As、Pb、Zn元素的熒光強度，以元素含量為橫坐標，熒光強度為縱坐標繪制工作曲線并進行背景校正，使用最小二乘法計算出線性回歸曲線方程，通過校正，測定樣品中的元素含量。

4　結果與討論

4.1實驗條件選擇

4.1.1熔融條件

由于X射線熒光光譜法測定鐵礦石、燒結礦中各元素成分是一個非常成熟的方法，本方法在不改變其他測定條件的前提下，與常規熔樣方法相同，飽和溴化鋰溶液作為脫模劑，進行熔樣。

4.1.2儀器條件

儀器其它元素的分析條件也采用常規燒結礦熔片的條件，Pb元素采用PbLβ譜線分析，其他譜線與As的譜線重疊，不好區分，容易帶來As的干擾和偏差。由于所測定的元素含量較低，且數據作為生產中的日常監控，因此不考慮干擾元素的校正。

4.1.3稀釋比

通過測量不同稀釋比下的熒光強度值，結合試驗精密度以及其他元素進行綜合考慮，本實驗采用1∶15作為熔樣稀釋比。

4.2標準樣品選擇

用具有不同含量梯度的國家標準樣品GBW（E）010206、YSBC11708-2008、GBW（E）010209、YSBC28778-2008及有化學值的生產樣品作為校準樣品，熔融制樣后測定相應元素的X射線熒光強度，并根據含量及對應的X射線熒光強度進行工作曲線的繪制。相應元素含量見表2。

表2　建立曲線用標準物質含量/%

4.3精密度試驗

按照確定的方法，對2個生產過程中的燒結礦樣品進行分析，連續測定7次，結果見表3。

表3　測量結果的精密度/%，n=7

由實驗數據可以看出，本方法測定砷鉛鋅，由于含量低，分析值的相對標準偏差大，但方法分析的極差較小，也可以通過增加平行測定次數來減少偏差，以獲得良好的精密度。

4.4準確度實驗

為了檢驗本方法的準確性，分別選取一種標準樣品，兩種燒結礦生產樣品進行準確度實驗，我們采用本方法和ICP法對樣品中各元素進行測定，結果見表4。

表4　測量結果的準確度/%

由表4結果可以看出，本方法的測定結果與標樣標準值及ICP法的測量結果具有良好的一致性。本方法具有較高的準確度，分析結果準確性能夠滿足生產要求，在常規熒光分析中加入微量元素的測定通道，不影響原有元素的測定結果，實現同時快速分析。

5　結論

利用對比實驗的方法對分析結果進行了檢驗，結果表明兩種分析方法的數值無明顯差異。在實際高爐煉鐵生產中，能夠為企業生產的順行和成本的降低提供有效的數據支持。其準確度、精密度能夠滿足生產要求。本方法用于測定燒結礦中的微量元素砷鉛鋅可用于指導生產，為高爐煉鐵提供有效的監控數據。

參考資料

［1］吉昂，陶光儀.X射線熒光光譜分析技術［M］.北京：科學出版社，2002.

Determ ination of Harm ful Elements in Sinter Ore w ith X-ray Fluorescence Spectrometry

TAIJing-chao，YIN Hong and YAN Xue-hui
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

The content of arsenic，lead and Zinc in sinter ore was determined by melting sample preparation and X-ray fluorescence spectrometry.The sample was melted and prepared under high temperature with lithium nitrate as oxidizing agent，lithium tetraborate as solvent and saturated lithium bromide as release agent.Analysis curve was established with standard sample and production sample with chemical value from sinter ore with different contents as standard calibration sample tomeasure and determine the content of elements through calibration.The results given by thismethod were consistentwith standard sample values and those by ICPmethod.With high accuracy and precision，thismethod could meet production requirement.

X-ray fluorescence spectrometry；melting sample preparation；sinter ore；harmful element

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.017

2016-03-07

2016-04-07

太井超（1986—），男，工程師，主要從事X射線熒光光譜分析工作。