EDXRF法在包头某选矿厂铁精矿、原矿、尾矿分析中的应用

翟娟++赖万昌++郭成++黄永发

摘 要：能量色散X射线荧光（EDXRF）法不仅可以定量分析常量元素和高含量元素，也能进行低含量元素和微量元素（ppm）的定量分析，其应用领域主要包括地质样品、矿物样品和冶金样品的分析[1-3]。文章介绍了用IED-2000D型高分辨率X射线荧光仪快速测定包头某选矿厂铁精矿、原矿、尾矿中TFe含量的方法技术；通过采用低能谱段总计数率校正共生元素的影响，降低了基体效应对TFe测量的影响；对于采用电致冷Si-PIN探测器（FWHM为185eV@5.9keV）和微功率（40V/50μA）X光管的探测系统，测量时间为100s时，EDXRF法分析的铁精矿、原矿、尾矿的误差分别为0.5%、0.3%、0.3%以内，达到了生产需求。

关键词：EDXRF法；铁矿石；基体效应；经验系数法

Abstract： EDXRF method can't only quantitatively analyse constant element and high content of elements， but also low content of elements and trace elements（ppm）， the applications of which are mainly the analysis of geological samples， mineral samples and metallurgical samples. This article introduces a method and technology for rapidly measuring TFe content in iron ore concentrate， raw ore and mine tailing in one concentrator in Baotou by using IED-2000D-type high-resolution X-ray fluorescence analyser； through correction of the low-energy spectrum segment， the matrix effect in ore to the TFe measurement is reduced； for detecting system using electric cooling Si-PIN detector（FWHM being 185eV@5.9keV）and micropower（40V/50μA）X fluorescent tube， when the measuring time is 100 seconds， the errors for annalyzing iron ore concentrate， raw ore and mine tailing by EDXRF method are less than 0.5%， 0.3% and 0.3%， which satisfies the production requirement.

Keywords： EDXRF method； iron ore； the matrix effect； empirical coefficient method

铁矿石是钢铁生产的重要原材料，包钢某矿是中国著名的铁矿，矿石中含有较丰富的稀土元素及其他金属元素，给选矿和分析测试工作带来较大影响。在日常分析中由于共生元素影响，TFe含量分析误差常常较大。能量色散X射线荧光分析（EDXRF）方法能够快速分析目标元素，其分析儀轻便小巧，分析速度快，分析成本低，分析元素范围广[1-2]；为此，使用IED-2000D型XRF快速分析仪分析铁精矿、原矿、尾矿的TFe含量，在对基体展开研究的同时，分析精度也随之提高[4]。

1 基体效应校正方法

根据X射线荧光分析基本理论的经验系数法，铁矿石的铁含量（Q）与特征荧光强度（I）成正比[5-6]。但由于基体效应、密度效应、水分效应、不均匀效应等因素的影响，回归系数常常发生变化，从而产生分析误差。在采用粉末压片法时，主要影响因素是基体效应，所以主要对铁精矿、原矿、尾矿的基体效应分别进行讨论。

1.1 精矿的分析

铁精矿的TFe含量在60%～70%之间，其他金属杂质含量很低（仪器谱如图1所示），元素间吸收增强效应很弱，因此采用的一元线性回归方程[7-8]：

在式（1）中，I0为FeKα峰的荧光计数率，Q（Fe）为铁精矿中Fe的计算含量，a1、b1为拟合系数。

1.2 原矿和尾矿的分析

原矿平均铁品位在36.48%左右，稀土氧化物平均含量约为5.18%，原矿中不仅含有铁，还含有稀土元素（主要是La和Ce）和Si、Ti、Cr、V、Mg、Mn等元素，因此铁原矿谱成分十分复杂（如图2），FeKα谱峰的计数率受其它元素影响很大，需要考虑元素间的吸收增强效应。由于La和Ce的L系吸收限能量和Si、Ti、Cr、V、Mg、Mn等元素的K系吸收限能量均小于Fe的Kα能量[8-9]，他们主要表现为对Fe的特征吸收效应，为了校正吸收效应对FeKα计数率的影响，采用二次项修正其影响。二次项的选择从3.186kev～6.032kev，这包含了Ti、Cr、Mn、Ca、Ce等元素的总荧光强度（如图2中的I1），校正方程如下：

式（2）中，I0为FeKα峰的荧光计数率，I1为对Fe含量测量造成影响的所有元素的总计数率，Q（Fe）为铁原矿中Fe的计算含量，a2、b2、c1为拟合系数。

由于尾矿中除含有约10%的Fe元素外，其他元素组成基本与原矿基本相同，其仪器谱也与原矿仪器谱谱形类似，因此也用式（2）来进行基体效应校正。

2 应用

2.1 实验准备及测试分析

样品：取4g铁矿石粉末样品（直径为30mm）制成粉末压片样。实验仪器：IED-2000D型XRF快速分析仪，它由测量主机箱和PC机上测量控制软件两部分组成。其中测量主机箱内又包含X射线激发源，探头、信号处理电路，电源等。探头采用新型电制冷半导体探测器；PC机中测量控制软件控制完成对X射线荧光光谱信号的采集和数据处理工作，更能方便的调节X射线放射源的管压、管流，控制X光管的开启与关闭；具备自动分析、使用方便、操作简单、精度高等特点。仪器的测量条件[9-11]方程参见表1所示。

2.2 结果对比

铁精矿、原矿、尾矿的EDXRF分析对比表分别如表2-表4所示：

由表2-表4可见，EXRF法分析铁精矿（Fe含量为61.0%～67.0%）的最大误差为0.37%，平均绝对值误差是0.41%；铁原矿（Fe含量为28.0%～35.0%）的最大误差为0.14%，平均绝对值误差是0.05%；铁尾矿（Fe含量为10.0%～14.0%）最大误差为0.16%，平均绝对值误差是0.10%。以上结果均小于选矿厂要求的分析误差，由此表明EDXRF分析精度可满足生产需要。

研究表明：

（1）铁精矿中干扰元素较少，可直接采用一元线性回归分析方法；

（2）在分析铁原矿、尾矿时采用二次项校正，较好地克服了低能谱部分对FeKα荧光强度的吸收效应；

（3）能量色散X射线荧光分析仪在分析铁精矿、原矿、尾矿中的TFe含量时，具有检测时间短（分析时间仅为100s）、操作方便、分析精度高等优点，可满足分析铁精矿、原矿、尾矿的需要。

参考文献

[1]章晔，谢庭周，曹立国，等.X射线荧光探矿技术[M].北京：地质出版社，1984.

[2]曹利国，丁益民，黄志绮，等.能量色散X射线荧光方法[M].成都：成都科技大学出版社，1998.

[3]葛良全，周四春，赖万昌，等.原位X辐射取样技术[M].成都：四川科学技术出版社，1997.

[4]翟娟，赖万昌，王卓，等.EDXRF法在铁氧体分析中的应用[J].核电子学与探测技术（Nuclear Electronics &Detection Technology），2012，12：1425-1427.

[5]郭生良，葛良全，赖万昌，等.XRF法快速测定铁钛精矿中的Fe、Ti品位[J].物探与化探计算技术（Computing Techniques Geophysical and Geochenmical Exploration），2007，29（5）：436-438.

[6]赖万昌，葛良全，吴永鹏，等.輕型XRF分析仪在铁精矿品质快速检测中的应用[J].金属矿山（Metal Mine），2003，7：48-52.

[7]吴越，方方，向铭，等.EDXRF技术在金属矿勘查中的应用[J].核电子学与探测技术（Nuclear Electronics &Detection Technology），2008（11）：1258-1260.

[8]Lachance G R，Claisse F.Quantitative X-ray fluorescence Analysis.[J].New York：Johon Wily and sons，1994.

[9]Orhan Murat Kalfa，Analysis of tincal ore waste by energy dispersive X-ray fluorescence（EDXRF） Technique[J].Journal of Quantitative Spectroscopy &Radiative Transfer，2007（103）：424-427.

[10]赖万昌，葛良全，吴永鹏，等.新型高灵敏度XRF分析仪的研制与应用[J].核技术（Nuclear Techniques），2003，26（11）：891-895.

[11]任家富，周建斌，庹先国，等.EDXRF-1024便携式高精度X荧光分析仪[J].核技术（Nuclear Techniques），2006（9）：698-700.

作者简介：翟娟（1986-），女，博士研究生，研究专业：核技术及应用。

*通讯作者：赖万昌，男，博士生导师。