淺析用X射線熒光測量鈾礦石品位的應用

馮 飛 / 中核華電河北核電有限公司

淺析用X射線熒光測量鈾礦石品位的應用

馮 飛 / 中核華電河北核電有限公司

X射線熒光測量巖礦樣品在地質勘查應用比較廣泛，它能準確快速分析待測未知元素的含量。文章從測量原理、測量裝置、影響因素、測量方法等幾個方面對X射線熒光測量鈾礦石品位的應用進行論述。

X射線熒光；測量；鈾礦石品位；應用

前言

X射線熒光(XRF)分析技術主要用于元素成份分析, 具有現場快速、無損和多元素同時分析的特點。目前, 該技術已廣泛應用于地質、環境、工業產品、半成品及原料的質量檢測, 特別是對礦石品位的檢測有著良好的經濟和社會效益。在近年來, 隨著新一代基于高分辨率電致冷半導體探測器XRF分析技術的研究與推廣,以新一代高分辨率XRF分析儀能同時快速測定鈾礦中鈾、釷等元素的品位, 特別是測定高含量礦石樣品的品位有著較好的效果。本文通過基體效應、不平度效應等影響因素的分析，得出用X射線熒光測定鈾礦石品位的重要性。

1.X射線熒光測量鈾礦石品位的原理

X射線熒光測量鈾礦石品位主要是根據莫塞萊定律的原理，X射線熒光是高能量子與原子發生相互作用的產物，X射線與原子發生碰撞，從中逐出一個內層電子，此時原子處于受激狀態。原子內層電子重新配位，即原子中的內層電子空位由較外層電子補充，同時放出X射線（光子）。一個較外層電子在補充內層電子空位時放出的能量與兩個能量之間的差值準確相當，因此釋放出來的光量子，即特征X射線（熒光）的能量等于兩個能級間的能量差，由下式可以確定:

式中，EX----為特征X射線的能量；

2.測量裝置

2.1 探測器

探測器選用Si(Li)探測器（或高純鍺探測器），Si(Li)探測器是一個單晶半導體。N區與P區之間的本征區（I區）時通過特殊的工藝把Li的“補償”作用，使I區呈電中性。經過補償的I區，電阻率可高達幾萬??cm，形成了有效探測X射線的靈敏區。

在一般情況下，能量分辨率ω與收集到的電荷數N有下列關系：，N愈大，能量分辨率越好，這也就是Si(Li)探測器能量分辨率比閃爍計數器、正比計數器好的主要原因。一般用半高寬來表征其能量分辨本領。

2.1.1 激發源、樣品和探測器的相對幾何關系

在實際工作用探測器測定樣品的特征X射線照射量率時，探測器與樣品之間的距離不同，記錄到的熒光計數率也不一樣，所以必須在固定的幾何條件下進行測量工作，同時應確定最佳幾何條件，以便得到最高的計數率，保證較高的測量精度。

2.1.2 樣品位置

（1) 在室內測定鈾礦粉末樣品時，應保證樣品杯底面平整，距離放射源表面8.5mm-9mm，標準樣品與待測樣品的觀測條件要求一致；

（2）在野外或者井下礦塊露頭上進行測定時，對較平整的表面，使之與表面距離9mm左右。

2.2 儀器原理圖

3.干擾因素的影響及其對策

3.1 基體效應的影響

基體效應是指巖石或土壤中非目標元素對目標元素的特征射線的吸收或增強效應, 引起目標元素含量測量結果的降低或偏高。由于便攜式高精度熒光分析儀采用半導體探測器, 能夠分辨中等原子序數以上相鄰元素的系特征射線的特征峰。可以準確獲取目標元素及其干擾元素特征峰的峰面積,對于礦山來講，其基體組成主要由硅、鋁、氧、硫、鈣、Fe、Cu、Al、Th等元素，X射線與這些元素發生作用，產生特征X射線，也會對測鈾礦石的品位產生一定的影響。因此對這些元素所產生的基體效應給予一定的校正是很必要的，一般采用補償法或者補償特散比法進行校正，可以消除這些元素的干擾。

3.2 不平度效應的影響

由測量表面凹凸不平對測量結果的影響稱為不平度效應。尤其對鈾礦山來講，井下巷道的巖石露頭都是一些凸凹不平的表面，一些礦塊的表面都不像實驗室的標準樣品那樣理想，所以消除不平度對測量結果產生的影響很有必要。在實際中，雖然測量面（井巷壁）的凹凸起伏很大，但在探測器的有效探測視域內（通常約十幾平方厘米），不同原生露頭測量面的凹凸起伏一般都在10mm之內，為消除不平度產生的影響，一般有如下幾種方法：

1）選擇特色散射線的能力應盡可能靠近目標元素特征X射線。

2）盡可能地避免凸凹的測量面，在測量前對測量面進行適當的修整。

3.3 粉塵的影響

對于鈾礦山井下測量時，當圍巖粉塵覆蓋在礦石表面上時，可以使測量結果偏低，當礦層粉塵吸附在礦化地段或者圍巖井壁上時，尤其當礦層粉塵較厚時，造成測量結果偏高。實際測量中，要對測量地段先用水沖洗干凈。

4.X射線熒光測量鈾礦品位的方法

X射線熒光分析需要一些已知含量的樣品作為比較標準。在相同的測量條件下和已知含量的標準試樣相比較，求出未知元素的含量。其公式如下：

實際工作中常常用上式制作標準曲線。然后根據待測元素的特征X射線強度，直接查出元素的含量。

5.X射線熒光測量鈾礦石品位的評價

X射線熒光測量巖礦樣品的品位時，對礦石樣本的要求很高，能夠通過測量分析巖礦樣本含有的未知元素及含量。國內在鈾礦床普查時應用比較廣泛。X射線熒光儀還能快速準確地分析鈾礦石內部除鈾元素以外的其它元素的含量，特別是測定高含量礦石樣品的品位有著較好的效果。由于X射線熒光儀在國內及國際市場價格比較昂貴，鈾礦石含有的鈾元素放出γ射線，所以目前國內大部分鈾礦山都采用γ快速測量分析儀或γ能譜儀來測定鈾元素的含量。對于用X射線熒光測量鈾礦石品位的應用還要進一步分析比較。

[1]郭生良,葛良全,賴萬昌,程鋒等.XRF法快速測定鐵鈦精礦中的Fe、Ti品位[J].物探化探計算技術.2007，5（471）.

馮飛（1984- ），男，甘肅省張掖市，2007年7月畢業于成都理工大學核工程與核技術專業，學士學位，工程師，現在中核華電河北核電有限公司。