X-熒光儀測定鐵精礦中主次量成分

羅開良，劉傳仕，魏 巍

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南 馬關 663700）

冶煉行業的快速發展中，為保證產品質量及進廠物料符合結算要求，需要根據工藝要求對鐵精礦中各成分進行快速、準確的分析。在傳統分析中，鐵精礦中全鐵量的分析為重鉻酸鉀滴定法，硫的分析為重量法、高頻紅外吸收法等，砷的分析為原子熒光光譜法及電感耦合等離子體原子發射光譜法，氟的分析為離子選擇電極法，鉛和鋅的分析為原子吸收分光光度法及電感耦合等離子體原子發射光譜法。這些傳統化學分析方法結果準確可靠，但分析周期較長，分析人員勞動強度大，難于滿足快節湊的生產需求。因此使用X-熒光測定鐵精礦中各成分成為了現實選擇。

X-熒光測定鐵精礦中各成分大多采用熔融法[1-4]，此法可有效克服基體效應，但操作繁雜，不能滿足大批量的樣品分析及快節湊的生產需求。本文采用粉末壓片法，通過收集各元素含量都有一定梯度的樣品，通過不同方法進行定值，作為制作工作曲線使用的標準樣品，對制樣條件、測量條件進行優化，檢測結果能滿足生產需求。

1 實驗原理

由X射線光管產生的原級X射線照射到樣品上，所產生的特征X射線熒光經過準直器照射到分光晶體時，就產生衍射，探測器接收到經過衍射的X射線信號。通過分光晶體和探測器的同步運動，不斷改變衍射角度，并可以獲得樣品內各種元素產生的特征X射線的波長及各個波長的X射線強度，據此進行定量分析。

2 試驗部分

2.1 主要儀器和材料

（1）儀器：ZHY40t壓樣機，北京眾合創業科技發展有限責任公司；Axios Max X射線熒光光譜儀，荷蘭帕納科。

（2）試劑：硼酸，市售AR。

2.2 標樣選擇

標準樣品的選擇要求每一個元素都有足夠的含量，且含量應有一定的梯度，對于粉末壓片法測定礦物，還必須考慮待測試樣與標準樣品礦物組成的基體相似性。顯然國家標準鐵礦石滿足不了工作需求。因此在日常分析中收集了一組進廠鐵精礦分析樣，經定值以備建立工作曲線。各元素的含量范圍 分 別 為Fe：56.00%～ 63.46%；S：5.27%～ 25.11%；As：0.019%～0.688%；F：0.130%～0.256%；Pb：0.009%～0.020%；Zn：0.11%～0.524%，樣品的定值都是按照國家標準和行業標準進行。

2.3 待測樣品制備和測定

取以200目樣品篩能全部過篩的樣品約6g置于配套的壓樣模具中，加硼酸襯底托邊，在40t壓力下靜壓25s，制成厚度約為5mm左右的圓片。用金屬鑷子刮去邊角處可能脫落的硼酸，再用洗耳球將圓片表面的粉塵吹干凈。在非分析面做適當的標記，待測。用設定好的條件和相應的程序對待測樣進行分析。

2.4 標準曲線繪制

在選定的X射線熒光光譜儀的工作條件下，測量選定標樣的各元素熒光值，以熒光值對選定標樣中各元素的濃度繪制工作曲線。根據譜線干擾情況，采取必要的背景校正。對各元素的熒光值和濃度進行變量回歸，獲得各組分的工作曲線。

3 結果與討論

3.1 粉末壓片條件選擇

在粉末樣品中，元素的熒光強度不僅與元素本身的濃度有關，還與樣品粒度、樣片厚度、壓片壓力、保壓時間有關。

（1）樣品粒度。分析線的熒光強度在一定范圍內隨樣品粒度的減小而升高，當樣品細化到一定程度時，分析線的熒光強度趨于穩定，此時的粒度稱為臨界粒度。分析線的波長越短，相對應的臨界粒度越大。以PbLβ1為分析線，分別測定粒度大小不一的樣品，數據表明：當樣品能過200目篩時，粒度能滿足分析要求。

（2）樣品厚度。分析線的熒光強度在一定范圍內隨樣品厚度的增大而增大，當樣品厚度到達一定程度時，分析線的熒光強度不再隨樣品厚度的增大而增大并維持恒定，此時的厚度稱為臨界厚度或臨界厚度。波長越短，相應的臨界厚度越大。固定壓力及靜壓時間，以同一樣品為例，分別制成厚度不一的樣片(此時硼酸僅用于托邊)。以PbLβ1為分析線，分別測定不同樣片的熒光強度，數據表明：當樣片厚度到達5mm時（加入的樣品質量約為6g），熒光強度趨于穩定。為保證樣片質量，需加以硼酸襯底。以同一樣品為例，取樣品6g左右，分別加入不同量的硼酸在固定壓力及靜壓時間下制成樣片，以PbLβ1為分析線，分別測定不同樣片的熒光強度，數據表明：襯底硼酸的用量不影響熒光強度。

（3）壓片壓力。壓片壓力直接影響樣片的質量，以已過200目篩的同一樣品為例，壓力分別設為15t、20t、25t、30t、35t、40t、45t、50t，保壓時間設為25s，制成不同樣片。從樣片外觀可以看到，當在壓力為15t和20t條件下制成的樣片較為疏松，表面粉塵較多，其余條件下制成的樣片外觀滿足要求。在同一條件下測定壓力分別為25t、30t、35t、40t、45t、50t條件下制成的樣品。數據表明：隨著壓力增大，熒光強大逐步增大，當壓力超過40t后趨于穩定，考慮到壓樣機的性能，壓力定為40t。

表1 儀器分析條件

表4 準確度測試

（4）保壓時間。保壓時間也是影響樣片質量的一個重要因素。以已過200目篩的同一樣品為例，壓力設為40t，保壓時間分別設為10s、15s、20s、25s、30s、35s，從樣片外觀判斷，各個條件下制成的樣品皆符合要求，在同一條件下測定各個樣片的熒光強度。數據表明：隨保壓時間增大，熒光強度有一定的增強，當保壓時間到達25s后，熒光強度趨于穩定，考慮分析周期，保壓時間設為25s。

3.2 儀器條件選擇

（1）譜線選擇。綜合考慮本公司日常檢測鐵精礦中各元素的范圍、元素所對應的各譜線強度及譜線之間的相互干擾，故Fe的譜線為Kβ，Pb的譜線為Lβ1，其余皆為Kα。

（2）電流電壓選擇。Axios Max X射線熒光光譜儀的額定功率為4KW，考慮儀器的使用壽命，日常使用中應用80%左右的功率，即3.2KW左右。實際使用中既要元素的最佳激發效率，且電流電壓不宜頻繁驟變，否則一定程度上影響分析速度。在本次實驗中，F、S選擇25KV×128mA的電壓電流組合，Fe、As、Pb、Zn選擇50KV×64mA的電壓電流組合。

（3）晶體選擇。光譜儀光路的總體靈敏度取決于所選晶體的反射率和準直器的片間距。兼顧譜線強度、色散率及分辨率，F、S的晶體分別為PX1、Ge11，Fe、As、Pb、Zn的晶體皆為LiF220。在已選定的條件下對6各元素分別進行角度檢測及PHD檢測。儀器分析條件見表1。

3.3 精密度及準確度測試

取一份試樣按上述所設定條件讓8個分析員獨立操作，將測定結果進行統計，結果見下表2。按上述方法制得一個樣品，重復測定8次，將測定結果進行統計，結果見下表3。兩組數據表明，該法具有較好的精密度。

表2 精密度測試

表3 精密度測試

以該方法與化學法相比，結果見表4。數據表明：該法與化學法結果符合性較好。

4 結論

利用粉末壓片法X熒光測定鐵精礦中Fe、S、As、F、Pb、Zn，與傳統化學法相比，分析速度快，提高了分析效率，降低了勞動強度，結果準確度能滿足生產要求。