粉末壓片-X射線熒光光譜法測定鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉和硫

樊 鑫，趙艷兵

(1. 太原鋼鐵(集團)有限公司先進不銹鋼材料國家重點實驗室，山西 太原 030003；2. 山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心，山西 太原 030003)

鐵礦石中主、次成分的含量對評價鐵礦石質量以及后續冶煉十分重要[1]。鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉和硫屬于有害雜質成分，會導致高爐技術指標下滑，影響高爐生產[2-3]，因此對鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉和硫的快速、準確測定十分必要。目前，鐵礦石中硫多采用高頻感應紅外線吸收法測定；氧化鉀、氧化鈉多采用原子吸收法(AAS)和電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)等[4]，這些方法需要不同的試樣前處理技術和不同的儀器測定，操作復雜。X射線熒光光譜法可以多元素同時測定，且測定范圍較寬，現已廣泛應用于鐵礦石分析[5-10]。本文采用X射線熒光光譜法，通過選擇合適的壓片機的壓力、保壓時間、樣品粒度，獲得最佳的制樣條件，建立一種快速、準確分析鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉和硫含量的方法，縮短分析周期，滿足生產要求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

ARL 9900 X射線熒光光譜儀，瑞士 ARL，OXSAS 操作軟件；SM-1型振動研磨機，丹東北方科學儀器有限公司；YY-600實驗室壓片機，南京和澳自動化科技有限公司。

鐵礦石標準樣品：YSBC 19709-2000、YSBC 19710-2000、YSBC 19708-2000，攀鋼；W 88306a、GBW 07218a、W-88302、W-88304、W-88307b，武鋼；93-34、93-35，山東；GSBH 30003-97，冶金工業部；GSB03-2022-2006、GSB03-2024-2006、GSB03-2025-2006、 GSB03-2026-2006，山冶。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

將試樣用研磨機研磨過200目(74 μm)篩后，在壓力20 MPa條件下保壓30 s，制成用于分析的樣片，取下后用洗耳球吹干凈表面，檢查是否有裂紋、斑點等，并在背面標記樣號。

1.2.2 分析條件

將制備好的分析樣片放入光譜儀中，對每個測定元素進行PHD檢測，確定最佳的背景點。將儀器的管壓設為50 kV，管流設為50 mA ，各元素均使用Kα1，2分析線。優化后的分析條件見第68頁表1所示。

1.2.3 校準曲線建立

根據生產試樣的含量范圍，選擇合適的鐵礦石標樣繪制曲線。利用X射線熒光光譜儀，通過OXSAS軟件，測定鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉、硫組分的強度，利用強度和含量回歸校準曲線(見第68頁表2)。

表1 各元素分析條件

表2 線性范圍和相關系數

2 結果及討論

2.1 壓片機壓力

同一鐵礦石試樣，分別在10、15、20、25 MPa的壓力條件下，各壓一個片，在熒光儀上測量強度，結果見表3。通過表3可以看出，當壓片機壓力超過20 MPa后，鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉、硫組分的強度變化不明顯，故壓片機壓力選定為20 MPa。

表3 壓片的壓力試驗

2.2 保壓時間

將壓片機的保壓時間分別設定為10、20、30、40 s，取同一鐵礦石試樣，各制得一塊樣片，測量其強度，結果見表4。通過表4可以看出，當壓片機保壓時間超過30 s后，鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉、硫組分的強度變化不明顯，故壓片機保壓時間選定為30 s。

表4 保壓時間試驗

2.3 樣品粒度的影響

粉末壓片-X射線熒光光譜法分析中，樣品粒度是影響光譜強度準確測定的一個重要因素，因此考察了樣品粒度對分析結果的影響。

選取一個鐵礦石試樣，研磨至100目(149 μm，下同)，混勻后均分為5份，將其中4份分別用瑪瑙研缽研磨至140目(106 μm，下同)、180目(90 μm，下同)、200目(74 μm，下同)和300目(48 μm，下同)，得到不同粒度的粉末樣品，每份樣品按照2.1、2.2條件制備樣片，測定熒光強度。結果見表5。

表5 樣品粒度對熒光強度的影響

從表5可以看到：當粒度在200目以上時，粒度影響區別較小，所以把標樣和試樣的粒度均控制在200目左右。

2.4 精密度實驗

按照實驗方法，對同一個鐵礦石試樣隨機壓制11個樣片，并進行測量，檢測結果如表6所示。

表6 精密度試驗結果

通過表6可以看出，本方法測量精密度較好，能滿足生產分析要求。

2.5 準確度實驗

用未參加校準的鐵礦石標準樣品GBW 07223a、W-88306、93-37來判斷本方法的準確度，測量結果見表7所示。

表7 正確度試驗結果

表7結果顯示，這三個標準樣品的測量值與標準值吻合良好，均在誤差允許范圍內，可滿足日常檢驗要求。

3 結論

本文建立了粉末壓片-X射線熒光光譜法測定鐵礦石中氧化鉀、氧化鈉和硫含量的方法。采用本方法檢測大批量采購的鐵礦石，可縮短分析周期，節約檢測成本，提高分析效率，滿足鋼鐵廠日常生產要求。