x荧光光谱分析仪检验矿产含量的技术研究

（酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

随着采矿行业的不断发展，矿山开采过程中不断注重矿石质量管理，通过不同品级的矿石进行配比，确保生产、输出的矿石质量满足其工业指标要求，及时、准确掌握不同区段矿体含量的品级分布情况及采出矿石品位情况在矿山开采过程中具有重要的意义。传统的化学滴定检验矿石品位含量受人为干扰因素较大，且耗时较多，且样品溶解、烧融过程中存在一定的安全隐患。近年来，随着各大矿山产能的不断释放，产量的不断增加对矿石品位检验的需要也有了新的要求，传统的化学检验方法耗时过长，无法满足矿山日常开采过程中的品级检验工作，化学检验工作的滞后性，不利于采场及各环节配矿工作，采用x荧光光谱分析仪替代传统化学分析是金属矿山发展的必然趋势。

1 x荧光光谱仪原理

不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同，因此通过对X射线的能量或者波长的测量即可知道它是何种元素发出的，进行元素的定性分析。同时样品受激发后发射某一元素的特征X射线强度跟这元素在样品中的含量有关，因此测出它的强度就能进行元素的定量分析。目前，矿石分析仪主要应用于金属矿山中，非金属矿山使用较少，其主要原因是在重金属元素的受x荧光激发的能量较强，元素周期表中越靠前的元素受x荧光激发的能量越弱，反射能量的强弱是x荧光光谱仪定量判定矿石成分的主要依据。各类矿山中，其矿石的有益、有害成分是共存的，均以化合物的形态赋存，自然界中无单一元素赋存的矿体，在矿山开采及后续的选矿过程中，根据其工业指标要求关注某些有益成分及有害成分，其化检验工作根据工业需求侧重点也不相同。

2 曲线绘制

x荧光光谱仪在金属矿山应用过程中直接检测的是不同区段波长的能量强度，根据能量反演各元素的含量，在矿体检测过程中因各元素彼此干扰，故其检测值与实际值存在一定的差异，但并非完全一致。

2.1 矿体中元素及其化合物的含量关系分析

通过大量的对比试验发现，采用x荧光光谱仪检测已知铁矿石中Fe元素含量与其化合物Fe2O3，二者并非理论的对比关系，但其存在一定的相关性。核算各数据间的相关系数：Fe元素与理论Fe2O3相关系数ρ1=1；但实际Fe元素与矿石中Fe2O3相关系数ρ1=0.9112。根据相关系数可判定Fe元素与Fe2O3成分含量关系呈正相关，且为线性关系。通过对比分析发现：通过Fe元素测算得出Fe2O3理论数据普遍高于实际值，其主要原因是在检测过程中各元素能量相互干扰。

2.2 线性曲线数据拟合

采用x荧光仪检测矿体中的某一元素，其与实际的元素含量或其化合物含量呈正相关，可通过数据拟合的方式进行曲线绘制工作，根据核算检测值与理论值之间呈线性正相关时，数据曲线采用线性曲线。

线性标准曲线绘制采用数据拟合方法，从一组测定的数据去求得自变量x和因变量y的一个近似解析表达式y=δ（x）。假设矿体中某元素或其化合物真值为y，荧光仪检测元素含量为x，则二者关系可标示为一元一次方程：y=a+bx。

对N个已知数据的标样进行检测，其实际值yi与理论测算值之间的误差为，采用最小二乘法原理计算a，b的值。

根据上述原理，直接采用y=a+bx的一元一次方程进行数据拟合，各元素能量的干扰系数转换的系数统一化归至a、b中，减少二次换算造成的系统误差。

2.3 分区段曲线绘制

x荧光光谱仪在使用过程中存在实际检测元素能量值与所求化合物含量之间呈非线性关系，针对此种情况可采用一元n（n为正整数）次方程。

部分设备在程序设定时采用简单的线性曲线模式，不具一元n次方程式曲线的设定能力，设备性能与实际需求之间存在差异性往往导致设备实用性较差。针对类似问题，技术人员在曲线绘制过程中可按照样条曲线的模式进行分区段线性绘制法。

2.4 非线性曲线的线性转换

采用x荧光光谱分析仪检测矿石成分含量时，各元素存在一定的干扰，在各元素彼此干扰较小的情况下采用线性数据拟合的效果较好，但若各元素能量在检测过程中干扰因素较强，往往导致各数据检测结果偏差较大，且在数据分析过程中单一元素能量及其化合物成分的相关系数较小，二者为不相关。

其实，矿石中Ca、Si、Mg、Al、Fe等元素在x荧光激发状态下的能量强度具有一定的相关性，可用n元m次方程标示，其中n、m为正整数。

3 标样制备

x荧光光谱分析仪曲线制备过程中一个重要的因素就是通过标样对比进行检测分析，故合理制备标样在曲线绘制中具有重要的作用。制备标样时一定要根据具体需求选择合适的标样，标样要求具有代表性，且标样数据须准确、可靠。选取的标样一定要涵盖不同特性的矿石。

4 结语

（1）利用x荧光光谱分析仪替代传统化学分析提高化检验效率是矿山发展的必然趋势，x荧光光谱分析仪在使用过程中检测值与真值之间存在差异，需要检测人员通过技术手段实现拓展或实现相应的检测能力——标准曲线的绘制。

（2）x荧光光谱仪标准曲线的绘制采用最小二乘法进行数据拟合，检测值与真值呈正相关。受矿化效应影响，矿石中标准曲线往往并不呈现简单的线性关系，此时需要进行一元多次方程或多元多次方程拟合，为提供设备的实用性，一般采用分区段曲线绘制或非线性曲线的线性转换方法。