X射线荧光光谱法在几内亚红土型铝土矿样品测试中的应用

2020-08-14张岩

四川有色金属 2020年2期

张岩

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南焦作 454150）

几内亚共和国位于非洲大陆西部，西邻大西洋，特有的铁帽地质构造蕴藏了丰富的矿产资源，主要为红土型铝土矿和铁矿，已探明了铝土矿矿产资源储量约200亿吨以上，占据世界已探明储量总比例的2/3［1］。世界各大铝业已陆续进入几内亚开发铝土矿，其中有美国铝业、俄罗斯铝业、阿联酋铝业、英国铝业、澳大利亚铝业、中国铝业、中国国电投铝业等。2008年～2020年作者所在单位挺进西非开展地质找矿工作，先后在几内亚博凯、博发、泰利梅莱等地区开展地质找矿工作，找到特大型铝土矿数个，完成了近10万个铝土矿样品的测试，本人在实验室负责铝土矿测试工作。

在当今竞争激烈的环境下，要快速准确地完成数万个铝土矿样品中多元素的测定，靠经典的容量法、重量法是难以满足工作需要，现代的仪器分析已逐步取代原来繁重的手工分析。作者单位大胆斥巨资购进国外先进的X荧光仪和熔样机发往几内亚承担铝土矿中SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3等成分的测试，圆满地完成了大量测试任务，获得了较大的经济效益，探特别是2019年10月～2020年4月短短几个月就高质量地完成了4万多个铝土矿样品的测试分析，探明了一个近亿吨的特大型红土型铝土矿，一个3000多万吨的大型红土型铝土矿。实践证明XRF分析铝土矿的方法是行之有效的。

1 X射线荧光光谱法基本原理

X射线荧光光谱分析是一种现代崛起的仪器分析方法，在国外化学分析领域已得到广泛的应用，澳大利亚早已把X射线荧光光谱分析铝土矿的方法作为国家标准方法颁布使用［2］，90年代后X射线荧光光谱仪才逐步进入中国仪器分析市场，目前已经广泛运用于各个大中型实验室。

物质是由单元素或多元素构成的，当受X射线照射后，其中各元素发出混合在一起的各自特征的X荧光，每种荧光的强度与物质中发出该种元素荧光的浓度有关，使用先进的探测器接收所有不同能量的X荧光，转变成电脉冲信号，经前置放大处理后，得到不同能量的X荧光强度色散光谱，即X荧光能谱。通过测定试样中特征X射线的波长（或能量），便可测定该物质存在的元素及含量，即为X射线荧光光谱法分析，简称为XRF法。

XRF法操作简便，工作效率高，多元素的联测仅需要2～3分钟，在几内亚红土型铝土矿的测试中得到了众多专家的赞同，获得了较高的准确度和精密度。

2 XRF法实验步骤

2.1 实验仪器

Venus 200X射线荧光光谱仪：荷兰帕纳科生产；戴尔台式计算机；惠普激光打印机；DY511全自动多头熔样机：上海宇索仪器有限公司生产；万分之一电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司生产，Max=120g,d=0.1mg；30mL铂金坩埚。

2.2 试剂

四硼酸锂和偏硼酸锂混合熔剂：优级纯，成都开飞化学有限公司；硝酸铵（分析纯）；溴化锂（分析纯）。

2.3 样品制备

将从野外送到实验室的样品，依非洲特有的高温天气将样品晒干，依靠地质实验室质量管理规范［3］进行粗碎，中碎，取100g～200g中碎过的粗样品在棒磨机中细碎使样品的直径小于0.074mm，于105℃（±2℃）的烘箱中烘干4h～6h，取出放入干燥器中冷却到室温。

称取分混合熔剂四硼酸锂和偏硼酸锂8.500g±0.002g于30mL瓷坩埚中，称取冷却至室温的分析样品0.8500g±0.002g于盛有熔剂的瓷坩埚中，搅拌均匀，移入30mL铂金坩埚中，加入50%硝酸铵溶液2mL，饱和溴化锂溶液4滴，用铂金坩埚钳将坩埚放入DY511全自动多头熔样机，在1050℃熔融4分钟，自动摇动4分钟，混匀，静止片刻，然后用铂金坩埚钳把铂金坩埚内的熔融物倒入铂金铸模内，冷却，剥离，制成透明的玻璃片，冷却到室温后粘贴标签置于干燥器中，待放入荧光机中测定，标准样品按同方法制备。

2.4 标准样品的选择及标准曲线绘制

几内亚红土型铝土矿检测共包括Al2O3、SiO2、TiO2、Fe2O3四项，其中Al2O3含量约为10%-54%，SiO2含量约为0.5%～65%，TiO2含量约为0.6%～3.8%，Fe2O3含量约为10%～58%。

到目前为止还没有红土型铝土矿的国家标准样品，根据实际情况我们选用了7个铝土矿国家标准样品见表1。

表1 标样标准值及不确定度 /%

将以上7个国家标样按试验步骤熔融制成玻璃片，以密码的形式插入每天的生产测试中，调试好荧光仪的最佳状态，将测得数据输入计算机中，绘制标准曲线用于样品的测定。

2.5 仪器条件

几内亚红土型铝土矿中硅铝铁钛的测定均采用Kα线为分析线，各元素的仪器测试条件见表2。

表2 各元素的仪器测试条件

3 测量与计算

将标样玻璃熔片标准值导入电脑设备中，按表2的仪器测试条件把荧光仪调整到最佳状况，将试样玻璃熔片放入荧光仪的样品室逐步测量各元素，将相关数据存入计算机中，用校正曲线及回归方程最终计算出待测元素的含量储存于电脑中。

4 测试结果的误差及解决办法

4.1 基体效应

XRF分析法在铝土矿测试中，基体效应是引起测试结果误差的主要来源。我们通过高温熔融法利用化学试剂将样品制成均匀的透明玻璃片，彻底消除了样品颗粒不均匀的基体效应；特别是针对几内亚红土型铝土矿的铁含量特别高见表3，目前国内还没有红土型铝土矿的标样，我们采用多个不同含量的铝土矿标样参与测试绘制标准曲线来校正已达到更高的准确度及精密度。

4.2 外界环境

几内亚位于非洲中西部，典型的非洲热带雨林气候，高温高湿，对测量结果影响较大，对荧光仪工作的房间采取了特殊措施保持工作室温在20℃，取得了满意效果。

4.3 样品玻璃片制备

熔融制取玻璃片的好坏直接影响分析结果，温度、时间、样品和熔剂的比例、脱模剂添加量直接影响玻璃片的质量，我们针对几内亚红土型铝土矿做了大量的实验，确定了样品为0.8500g,混合熔剂为8.5000g,按1:10的比例混合均匀，在1050℃熔融4分钟，自动摇动4分钟。

表3 几内亚红土型铝土矿分析结果对照表

5 讨论

通过高温熔融制成透明玻璃片，用X射线荧光光谱法同时测定红土型铝土矿中硅、铝、铁、钛四种元素的方法是行之有效的，此方法将几内亚红土型铝土矿样品颗粒的不均匀程度及矿物效应等干扰测试因素大大地降低，保证了分析结果的准确度和精密度。实践证明，我们单位在几内亚勘探红土型铝土矿近12年的工作中，共完成了近10万个样品的测试，每个勘探报告的内外检合格率均在98%以上，完全符合地质实验室规范［3］的要求。