用粉末壓片法測定燒結礦中主元素

尹顯武（天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣056404）

0 引言

燒結礦作為煉鐵高爐生產的主要爐料，其質量波動對高爐的生產至關重要，因此快速高效地為生產工序提供燒結礦的質量信息一直是質量檢驗工作者的基本任務。之前的工序原料樣品分析周期能夠正常滿足生產要求，采用X熒光熔融法進行樣品檢測，企業改制后，工序原料樣品數量成倍增長，檢驗時間加長，消耗成本較高，分析結果周期已遠遠不能滿足生產工序對在線產品的質量控制要求。

本文通過粉末壓片法制備樣品，采用X熒光光譜法測定燒結礦的主要化學成分，以提高檢驗效率滿足生產需求。使用壓片法進行樣品檢測必須要考慮生產單位各條生產線生產出的燒結礦質量差異，同時了解燒結礦混合料的配比變化。現全國各大鋼鐵企業均使用X熒光光譜法分析大宗原料。X射線熒光光譜法是一種相對分析方法，需要一組基體組成和微觀結構與需要分析的實際物料完全相同的標準樣品進行儀器校準來實現定量分析[1]。由于物料間存在嚴重的基體效應、礦物效應及物理效應，實現這種目標難度比較大。本文通過自制內控標準樣品繪制工作曲線，與達到基體吻合，重點關注了元素間吸收增強效應對檢驗分析的影響，同時用數學理論方法α系數對四條生產線的工序樣品進行擬合統計處理，將工藝、物料種類、分析方面帶來的差異進行計算，計算相對偏差，作為系數進行工作曲線校正。該方法能完全滿足生產過程質量控制要求，分析檢驗快速及時，操作簡單方便，結果可靠等特點。

1 試驗部分

1.1 主要設備及型號

MXF-2400X射線熒光光譜儀（日本島津），銠靶X光管；YYJ-60型壓片機（長春科光機電）。

1.2 試劑

硼酸（分析純）。

1.3 MXF2400熒光光譜儀工作原理

當從X-射線管產生的X-射線（以下稱為一次X-射線），照射在測定試樣上時，試樣中所含的元素產生一個具有特定波長的X-射線（以下稱為特征X-射線或熒光X-射線）。由于試樣中含有許多種成分，所以激發出的X-射線是一束各種X-射線的混合光[2]。這個激發的X-射線進入裝在試樣周圍的單色器中。每一個單色器設置成為對應于某一特征的X-射線，因而，如果混合X-射線進入單色器，經過單色器晶體的反射，只選擇對應元素的特征X-射線。該射線然后進入連接在單色器上的檢測器中，反射的X-射線強度正比于對應元素成分的含量。這樣用檢測器測量一段恒定時間內檢測到的X-射線的量之后，計算而得到對應成分的濃度。

1.4 元素測量條件

采用3KW端窗銠靶X光管，各元素的測量條件見表1。

表1 分析元素測量條件

1.5 內控標準樣品的選擇

按4條生產線上不同批次選取有代表性的燒結礦樣品共50個，用化學法、熔融法及紅外碳硫法對主元素定值，含量見表2。

表2 內控標準樣品含量范圍

2 試驗結果與討論

2.1 粒度效應的影響

壓片法的粒度效應對分析結果影響非常顯著，制樣時，研磨時間選擇在100～200 s，試驗最后確定為 180 s，所測定元素 TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、S、TiO2、均獲得了比較理想的穩定強度，實驗過程中發現當顆粒粒度本身的吸收減到很小時，可以消除某些礦物相的影響。最后確定出最佳的制樣方法，即每次制樣樣品100 g左右，研磨時間180 s，粒度160目，為最佳條件，樣品均勻和一致性好。

2.2 基體效應對礦物的影響

采用國家標準樣品燒結礦進行工作曲線繪制是一種較好的選擇，但與我單位實際生產工藝存在著一定差異，為避免因工藝造成檢驗誤差不一致，因此基本上和標準樣品保持一致，以減少粒度影響。采用內控標準樣品作為標樣的方法繪制工作曲線。標準工作曲線由內控標準樣品中各元素分析線的凈強度與內控標樣含量相對應繪制而成。由于樣品中各元素存在相互干擾、選擇吸收、選擇激發等基體效應的影響，需要采取校正，否則會造成分析結果不可靠。燒結礦的基體元素主要為Fe、Si、Ca、Mg、Al，這些元素間的吸收增強效應應作為曲線品質和準確性評價的重要因素。可通過MXF軟件的經驗校正系數法，對各元素間進行校正，確立每個元素的基體校正元素及校正系數，其系數亦符合吸收增強理論，具體校正元素和校正系數見表3。

經過校正，標準曲線系數K值明顯得到改善，根據對鋼鐵行業所用的國際標準（ISO）分析方法進行長期研究，氧化物的K值應在0.02～0.07，而本方法的K值在0.04～0.06，符合標準的規定，證明此方法有效可行。

表3 校正元素及校正系數

2.3 重復性試驗驗證

按同一樣品、同一條件用壓片機制成片，用該方法重復分析8次，將測量數據進行統計，見表4。

表4 樣品重復性實驗w/%

2.4 再現性實驗驗證

隨機選取8個不同樣品，采用該方法進行測定，結果對比見表5。

3 結論

表5 再現性實驗w/%

通過對工序燒結礦進行檢驗分析和制樣條件實驗，有效減少了樣品中的粒度效應和礦物效應的影響，內標控樣的工作曲線確保了分析試樣的統一性，達到了基體一致性；經驗系數法對基體校正元素進行了準確有效的選擇，保證了分析結果的準確可靠。經過長期大批量的試驗對比，壓片法和熔融法數值比較接近，重復性和再現性均較好，在標準偏差范圍之內。該方法還具有簡便、快速、結果數據穩定可靠，檢驗成本低的特點，完全能滿足生產指標和產品質量控制要求。