X射线荧光光谱压片法测定氧化铝中的Fe2O3和SiO2的含量

肖丽梅

（新疆众和股份有限公司乌鲁木齐830013）

X射线荧光光谱压片法测定氧化铝中的Fe2O3和SiO2的含量

肖丽梅

（新疆众和股份有限公司乌鲁木齐830013）

采用粉末压片法制样，X射线荧光光谱压片法测定氧化铝中的Fe2O3、SiO2含量，并对分析过程中样品制备、颗粒效应、测量条件等各个环节进行了研究。用4种标样对此方法的准确度进行验证，结果表明所得测定值与已知值之间的误差均符合标准规定。对所提出方法的精密度进行了考核，结果表明所有测定结果的RSD值均小于10%，测量一个样品所需时间仅3min，具有准确、快速、简便的特点，能满足氧化铝中Fe2O3和SiO2分析的需要。

X射线荧光光谱仪压片氧化铝Fe2O3SiO2

氧化铝作为铝电解厂的重要原料之一，它主要是不断的补充电解质中的铝氧氟配合离子，使其保持一定范围的浓度，以保持电解的持续进行。为了取得良好的生产指标，其化学成分直接影响铝液的质量[1]。长期以来，氧化铝中杂质元素的测定常采用分光光度法和原子吸收光谱法等传统学分析方法[2]，样品处理过程繁琐、分析周期长、成本高、分析结果易受分析人员及各种试剂因素的影响。用X射线荧光光谱法分析试样，省去购买分析仪器和药品(包括铂金器皿等)的大量费用。而且X射线荧光光谱法分辨率高，灵敏度好，元素分析范围宽，便于推广应用。

本文采用X射线荧光光谱仪粉末压片直接测定氧化铝中的Fe2O3、SiO2含量，经过方法精密度试验、准确性试验，结果表明该方法具有快速、简便、准确度、精密度较好的特点，能满足科研和工业生产的需要，是一种可推广的简便、易操作的检测方法。

1.1 仪器和工作条件

MXF-2400型多道同时型X射线荧光光谱仪；水冷机；研磨机及研体；压片机及模具；电热干燥箱。分析元素测量条件见表1。

1 实验部分

表1X射线荧光光谱仪分析元素测量条件

1.2 试剂

硼酸（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；氧化铝标准样品（GAO-1～GAO-8，中国铝业股份有限公司郑州研究院研制）。

1.3 样片的制备

⑴试样处理：试样预先在300℃±10℃下干燥2h，置于干燥器中冷却至室温；

⑵称量：称取15.0000g试样与1.0000g硼酸粘结剂；

⑶试样的混合与研磨：混合后放入研磨机中，加入5～6滴无水乙醇以防止试样结块，研磨60s，使试样粒度达到400目以下；同时以达到混合研磨的目的。

⑷压片：将研磨混合好的试样6～8g倒入模具中，用硼酸镶边、垫底加压至总压力为20MPa，并保持15s，将压成的试样样片取出，并保存于干燥器中。

⑸标准物质按同样方法制备成片。

1.4 工作曲线的绘制

本文选用中国铝业股份有限公司郑州研究院研制的GAO-1～GAO-8共8个标准物质，通过计算机自动回归处理元素含量及对应的光谱强度数据,绘出元素的校准曲线,见表2。

表2 标准曲线线性范围

1.5 测试

由表2 的数据可以看出，随着训练数据数目增加，与传统的基于用户协同过滤算法U-CF 相比较，UCCA-CF 算法运行效率具有明显优势。

按照表1条件，将制备好的样片进行Fe2O3、SiO2的射线强度测定。由测得的压片中元素的X射线强度I从工作曲线查出相应的元素含量，计算出氧化铝中Fe2O3、SiO2的值。

2 结果与讨论

2.1 样品粒度和颗粒效应的影响

氧化铝中的元素除了Fe以外都比较轻，因此颗粒效应比较严重，所以氧化铝要用研磨机研磨，研磨几十秒就能达到200目的粒度，研磨1min后粒度达到400目，对测量的强度影响很小，因此将样品研磨时间定为1min，通过控制研磨时间使样品的粒度尽量一致。

2.2 制样条件

采用粉末压片法制样时，X射线荧光强度与样品粒度大小有很大关系。样品粒度越小，粒度效应和矿物效应对荧光强度的影响越小[4]。实验结果表明，当样品和H3BO3混合研磨时间在40s到80s之间时，Fe2O3、SiO2的X射线荧光强度均保持稳定，本文选择样品研磨时间为60s。

通过实验研究确定（表3），在20t的压力下，保压15s，可以制得表面光滑、均匀、稳定的样片。

表3 不同研磨时间对样品分析结果的影响%

2.3 X-光管电压、电流试验

2.3.1 脉冲高度分布水平的试验

用含量较高的氧化铝标准样品压制成样片，在仪器额度的X-光管功率（40kV、70mA）下做各元素的脉高分布图，据此选定各元素的高、低电平见表4。

表4 元素高低电平

表5 管电压实验数据（管电流=70mA）

表6 管电流实验数据（管电压=40kV）

2.3.2 管电压、管电流试验

X-荧光管的额定功率为3kW，最大管电压及管电流分别为53kV、95mA，设定超过其中任意一个数据，仪器均自动报警。表5和表6分别为管电压和管电流试验数据。根据上述实验结果，考虑到在保证Si和Fe的荧光X-射线强度的前题下，尽可能降低X-光管的功率，以延长光管的寿命。经过试验，我们选定管电压、管电流分别为：40kV、70mA。

2.4 长期稳定性实验

在同一实验室内，由不同分析人员在一定时间段、使用同一种方法、同一种仪器分别使用中国铝业股份有限公司郑州研究院研制的氧化铝国家有证样品GAO-1进行11次测定，并对测定结果进行统计分析，以检查分析结果的长期稳定性。从表7可见，分析方法长期稳定。

表7 氧化铝分析方法的稳定性实验结果（n=11）%

实验结果表明：3个标准样品Fe2O3和SiO2的测定值与标准值吻合，检测精密度符合相关标准[5]中测试再现性与重复性的允许差。

2.5 样品分析

本文用该方法测试氧化铝生产样品，采用X荧光光谱仪直接压片法与化学分析法进行结果对照，见表8。

表8X荧光光谱仪直接压片法与化学分析法结果对照%

实验结果表明：该方法检测结果与化学分析结果相吻合，测定误差相关标准[6]规定的允许差范围内，可用于实际样品的分析。

3 结论

本文用X荧光光谱压片法直接测定氧化铝中杂质Fe2O3、SiO2含量，能大大缩短取样、制样和分析时间，具有分析速度快，检测成本低等优点。通过选择合适的测量条件，建立良好的工作曲线，使得杂质元素的分析有较高的准确度和分析精度。而且一个样品从压片制样到输出测量结果约10min，满足了在线快速检测的要求，完全可以满足对各生产指标的控制。X射线荧光光谱压片法分析的氧化铝试验成功,为其他粉末样品的分析提供了思路。

[1]马慧侠，张爱芬.X射线荧光光谱法测定氧化铝中杂质元素[J].理化检验-化学分册，2006，42(12)：980-990．

[2]GB/T6609-2004氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法[S].

[3]PeschelBU，PepponiG，JokubonisC，eta1．Direct analysisofA12O3powdersbytotalreflectionX-rayfluorescence spectrometry[J]．AnalyticalandBioanalyticalChemistry,2005, (382),1958-1964.

[4]陈泓钧.氧化铝的X射线荧光光谱分析方法研讨[J]．光谱实验室(ChineseJournalofSpectroscopyLaboratory)，2008，25(6)：1273-1275．

[5]GB/T6609.30-2009.氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法第30部分：X射线荧光光谱法测定微量元素含量.中国国家标准化管理委员会.

收稿：2014-12-30

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.04.027