X射线荧光光谱法分析烧结矿中有害元素

太井超，殷宏，闫学会

（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

X射线荧光光谱法分析烧结矿中有害元素

太井超，殷宏，闫学会

（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

采用熔融制样X射线荧光光谱法分析烧结矿中砷、铅、锌元素含量。采用硝酸锂作为氧化剂，四硼酸锂作为熔剂，饱和溴化锂作为脱模剂，高温熔融制样；以不同含量的烧结矿标准样品及有化学值的生产样品作为校准样品，建立分析曲线，通过校正，测定样品中的元素含量。该方法的测定结果与标样标准值及ICP法的测量结果一致，准确度及精确度较高，能够满足生产需求。

X射线荧光光谱法；熔融制样；烧结矿；有害元素

1　引言

为满足钢铁行业节能减排，降低生产成本的要求，钢铁厂对各种回收物料进行综合利用，通过配比使用不同的回收物，达到降低生产成本，实现利润最大化的目的，这种形势可以有效提高钢铁企业在同行业中的竞争力。物料繁杂会造成杂质有害元素的引入，在生产中，在入炉的烧结矿中砷、铅、锌等元素对高炉的稳定运行及优质品种钢对微量元素的要求具有重要影响。

在高炉冶炼过程中，来源于矿石中的砷可以全部进入生铁。在炼钢过程中砷激怒钢材也会产生“冷脆”现象，影响钢材的焊接性能。铅在冶炼过程中有一部分会以蒸汽形式逸出。由于铅和铁不生成固熔体，一般它是以微小的球状形态而存在于钢中，易发生偏析，对钢的性质有一定不良影响。铅能降低钢的塑性，降低钢的冲击值。铅的密度大于铁水的同时，又不溶解于铁水，所以被还原出来的铅会炉体的铁水层以下沉积，慢慢渗入炼钢炉体砖缝，从而破坏炉底砖，甚至使炉底砌砖浮起。铅又极易挥发，在高炉上部形成氧化物，粘附于炉墙上，易引起结瘤。锌在高炉内循环富集严重影响高炉顺行和热制度稳定。为了保证高炉的稳定运行，满足优质钢的生产要求，必须采取快速有效的方法测量出砷、铅、锌等有害元素的含量，为生产提供可靠的数据。

文献资料中关于烧结矿微量有害元素的测定较少，通常我们只关注主量元素，但微量元素的测定结果对生产同样重要。利用现有的x荧光分析仪，通过购买标样和化学法定值的样品作为校准用样品，熔样制样分析，绘制分析曲线。得到的分析结果准确度及精密度能够满足实际需要，为工艺生产提供有效的监控数据。

2　实验仪器及试剂

2.1仪器设备

Axios X荧光光谱仪（荷兰PANalytica1公司PW4400）；RYL-02A型洛阳特耐试验设备有限公司熔样机；震动研磨机，电子天平（精确到±0.000 1 g）。

2.2试剂

无水四硼酸锂（分析纯，X射线荧光专用）；硝酸锂（分析纯，105℃烘干2min）；溴化锂饱和溶液（分析纯）；氩-甲烷P10气。

2.3仪器工作条件（见表1）

表1　仪器工作条件

3　实验过程

3.1熔融样片的制备

样品于105℃烘箱内烘干2 h。准确称取1.000 0 g（精确到±0.000 1 g）硝酸锂，0.600 0 g（精确到±0.000 1 g）样品，9.000 0 g（精确到±0.000 1 g）四硼酸锂置于铂金坩埚中，将样品与熔剂充分混合，再在样品表面滴加6滴溴化锂饱和溶液，再将称好样品的铂金坩埚置于自动熔样机上，进行高温熔融，于1 100℃温度下熔融17 min（预融2 min、摇动熔融15 min），在坩埚中直接冷却成型，待测。

3.2工作曲线绘制与样品的测量

扫描建立工作曲线用标准样品，确定测定角度、测定时间、PHD图、背景干扰元素等条件。分别测定各标准样品中的As、Pb、Zn元素的荧光强度，以元素含量为横坐标，荧光强度为纵坐标绘制工作曲线并进行背景校正，使用最小二乘法计算出线性回归曲线方程，通过校正，测定样品中的元素含量。

4　结果与讨论

4.1实验条件选择

4.1.1熔融条件

由于X射线荧光光谱法测定铁矿石、烧结矿中各元素成分是一个非常成熟的方法，本方法在不改变其他测定条件的前提下，与常规熔样方法相同，饱和溴化锂溶液作为脱模剂，进行熔样。

4.1.2仪器条件

仪器其它元素的分析条件也采用常规烧结矿熔片的条件，Pb元素采用PbLβ谱线分析，其他谱线与As的谱线重叠，不好区分，容易带来As的干扰和偏差。由于所测定的元素含量较低，且数据作为生产中的日常监控，因此不考虑干扰元素的校正。

4.1.3稀释比

通过测量不同稀释比下的荧光强度值，结合试验精密度以及其他元素进行综合考虑，本实验采用1∶15作为熔样稀释比。

4.2标准样品选择

用具有不同含量梯度的国家标准样品GBW（E）010206、YSBC11708-2008、GBW（E）010209、YSBC28778-2008及有化学值的生产样品作为校准样品，熔融制样后测定相应元素的X射线荧光强度，并根据含量及对应的X射线荧光强度进行工作曲线的绘制。相应元素含量见表2。

表2　建立曲线用标准物质含量/%

4.3精密度试验

按照确定的方法，对2个生产过程中的烧结矿样品进行分析，连续测定7次，结果见表3。

表3　测量结果的精密度/%，n=7

由实验数据可以看出，本方法测定砷铅锌，由于含量低，分析值的相对标准偏差大，但方法分析的极差较小，也可以通过增加平行测定次数来减少偏差，以获得良好的精密度。

4.4准确度实验

为了检验本方法的准确性，分别选取一种标准样品，两种烧结矿生产样品进行准确度实验，我们采用本方法和ICP法对样品中各元素进行测定，结果见表4。

表4　测量结果的准确度/%

由表4结果可以看出，本方法的测定结果与标样标准值及ICP法的测量结果具有良好的一致性。本方法具有较高的准确度，分析结果准确性能够满足生产要求，在常规荧光分析中加入微量元素的测定通道，不影响原有元素的测定结果，实现同时快速分析。

5　结论

利用对比实验的方法对分析结果进行了检验，结果表明两种分析方法的数值无明显差异。在实际高炉炼铁生产中，能够为企业生产的顺行和成本的降低提供有效的数据支持。其准确度、精密度能够满足生产要求。本方法用于测定烧结矿中的微量元素砷铅锌可用于指导生产，为高炉炼铁提供有效的监控数据。

参考资料

［1］吉昂，陶光仪.X射线荧光光谱分析技术［M］.北京：科学出版社，2002.

Determ ination of Harm ful Elements in Sinter Ore w ith X-ray Fluorescence Spectrometry

TAIJing-chao，YIN Hong and YAN Xue-hui
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

The content of arsenic，lead and Zinc in sinter ore was determined by melting sample preparation and X-ray fluorescence spectrometry.The sample was melted and prepared under high temperature with lithium nitrate as oxidizing agent，lithium tetraborate as solvent and saturated lithium bromide as release agent.Analysis curve was established with standard sample and production sample with chemical value from sinter ore with different contents as standard calibration sample tomeasure and determine the content of elements through calibration.The results given by thismethod were consistentwith standard sample values and those by ICPmethod.With high accuracy and precision，thismethod could meet production requirement.

X-ray fluorescence spectrometry；melting sample preparation；sinter ore；harmful element

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.017

2016-03-07

2016-04-07

太井超（1986—），男，工程师，主要从事X射线荧光光谱分析工作。