基于X衍射法的鋁土礦石檢測探討

王法春（吉林省冶金研究院，吉林 長春130012）

由于鋁土礦形成于大自然，這就造成其礦石形成具備多樣性和復雜性，各類礦石的礦物組成不盡相同，想要準確分析礦石的組成，就必須對其各項成分進行有效的分析。而在現有的技術基礎上，可以根據對鋁礦石本身的特點，根據行業標準《鋁土礦石化學分析方法》，快速準確得到Al2O2、SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO、MgO、P2O5、K2O、MnO 等。目前X射線熒光光譜法已經應用于實踐，并廣泛應用。

1 試驗部分

1.1 儀器及元素的測量條件

（1）儀器與試劑

表1 試驗儀器的選型

備注：

①X射線熒光光譜儀：最大功率：3kW；X射線管（Rh靶，入射角為57°，出射角為40°；60kV/125mA）X 射線發生器；五個分光晶體（LiF200、LiF220、PE002、PX1 及Ge111）；流氣（F-PC）和閃爍(S-PC)探測器，以及包含功能強大的數據分析軟件（Super Q），能夠對各種元素進行定性和定量的分析等。

②熔樣機：采用PID控制技術，大屏中文顯示，可進行手動和自動控制，鉑銠熱電阻測溫，可同時檢測四個樣品多至六個，設定制樣程序（升溫速度、終溫時間、搖擺時間、冷卻時間等），操作方便。

③分析天平（精度0.0001g）。

④混合熔劑：四硼酸鋰（Li2B4O7）與偏硼酸鋰（LiBO2）質量分組比是67:33。

⑤鉑金坩堝：鉑金（Pt）和黃金（AU）的比例是95:5。

（2）各個元素的工作條件

表2 X射線熒光光譜儀最佳測量條件

1.2 標準樣品及各元素含量范圍

該樣品采用的是符合國家標準的鋁土礦、粘土礦，其含量范圍見表3。

表3 校準曲線含量范圍(wB/%)

1.3 樣品制備

將樣品于烘箱100±5 ℃烘干，放置空氣中平衡2h 備用，秤鋁土礦樣品(0.6000±0.0002)g與混合熔劑（6.000±0.0002）g，放置瑪瑙乳缽充分混合攪拌，加入至鉑金坩堝中，滴入適量的硝酸鋰溶液（約0.5毫升）和飽和溴化鋰溶液（大約4滴），在700℃的熔樣爐預熱5min，直至達到1150℃熔融11分鐘，搖擺6min,靜置5min，同時為保證樣品熔融均勻，可以將原來的搖擺時間適量增加。

按YS/T575.22 規定的方法，對樣品進行測定濕存水量計算，其公式如下：

1.4 校準曲線的制備

準確稱取在100±5 ℃烘干2 h 以上樣品（0.6000±0.0002）g，熔礦操作同1.3。

1.5 基體效應和譜線重疊校正

基體效應是在對X 衍射法分析過程中普遍存在的問題。通常，該方法需要測定標準物質或標準樣品，通常通過標準樣品中各組分的含量來決定校準曲線的測定范圍，如果檢定結果超過該標準，就會造成試驗結果的不穩定性。雖然在試驗過程中，通過將試樣與混合溶劑充分的融合，大大消除顆粒度和礦物之間的效應，有效的減少基體效應，但是其元素之間的影響仍然持續存在，本方法帕納科公司PW2430 型的X 射線衍射法校正公式：

式中：Ci--表征的是校準元素i含量（濃度或計數率）；Di--表征的是校準元素i的校準曲線的截距；Ri—表征的是元素i的計數率；Lim--表征的是為干擾元素m 對分析元素i 的譜線重疊干擾校正的系數；Zm—表征的是干擾元素m的含量。

其中：i 是分析元素，N 是共存元素的數目，β、δ和γ 是校正基體效應的因子以及j和k為共存元素。

2 結果與討論

2.1 樣品制備條件的選擇

（1）樣品制備方法

對于固體粉末的樣品來說，一般采用的是壓片法（經濟、便捷，但是難以達標）和熔融法（操作復雜，但準確度好）。采用國產高頻熔樣爐進行熔融制樣，將選取的樣品進行稱重。

（2）熔融條件

影響該過程制樣的因素有很多，大多數考慮主要的因素，比如熔劑、樣品比例、熔融溫度、熔融時間和脫模劑等。當加入的熔劑量微少時，會造成熔融過程難度加大，熔融劑量增加時，雖然有利于該過程的額實現，但是成本大大增加。因此選擇合適的劑量是有待考究的問題，熔融的溫度選用的是700-1400℃，高溫有利于熔融試樣、便于驅趕試樣中的氣泡，但是對實驗器材損害極大，綜合考慮，實驗預熱700℃，熔融溫度設置1150℃，確定預熱時間3min，熔融時間3min，冷卻時間2min，風冷時間3min。常用脫模劑有NH4I、NH4Br、LiBr等。經過大量的實驗，選擇加入兩滴LiBr飽和溶液進行脫模操作。

2.2 長期穩定性試驗

實驗數據統計結果分析：試驗的測定值相差不大，試驗的長期穩定性得到滿足。

2.3 準確度

采用本方法與國家標準分析法進行了分析結果對比，對部分數據進行羅列，其可允許的誤差在國標范圍之內，表明試驗結果良好。

3 結語

通過能力驗證比對和操作人員實驗數據比對證實該試驗方法的長期穩定性。試驗制定的X熒光光譜分析方法，可以有效的檢定礦石的成分Al2O2、SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO、MgO、P2O5等的含量，并能符合國家檢定標準，分析的數據準確可靠，并且，該方法優于傳統的化學的分析方法，消除人為因素和加入化學試劑的量與加入的時間差異所造成的影響，其在分析數據方面大大加快，避免傳統方法的周期長，操作復雜等缺陷，最大化減少試驗的人工成本，有效降低資源的浪費。同時采用的熔融法，可以有效的減少顆粒度效應和不均勻性，大大提高制備的精準度。