X 射线荧光光谱仪在铝土矿分析中应用

袁 艺，项 阳

(1.贵州理工学院 分析测试中心，贵州 贵阳 550003；2.贵州华锦铝业有限公司，贵州 清镇 551400)

0 引言

X 射线荧光光谱仪根据各元素的X 射线的特征和强度，可以定性、定量和半定量进行元素的测定。 可分析样品中的4Be ～92U 元素，分析元素浓度范围为1e-6%～100%，分析样品的形态可为块状固体、粉末、液体，具有分析速度快、测量范围宽、分析精密度高、干扰小的特点，近年来X荧光光谱分析已广泛应用于冶金、地质、有色等多个领域。

我国铝行业中对铝土矿石的含量测定大都采用传统的化学分析方法:如滴定分析、比色分析、重量分析等，分析方法存在试样前期处理复杂、分析步骤多、试剂消耗大、分析速度慢、劳动强度大等弊端[1]。 实验采用X 射线荧光光谱仪对铝土矿中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2等含量进行了分析研究，经实践验证，分析效果很好，大大提高了分析数据的时效性、减轻了分析人员劳动强度、提高了分析质量，能及时反馈铝土矿质量的信息，对生产确实起到实时监控作用。

1 基本原理

X 射线荧光光谱法是一种非破坏性的仪器分析方法，是依据二次激发产生的化学元素的X射线光谱线的波长和强度进行定性和定量分析的。 元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发射出具有一定特殊性波长的X 射线，其波长是相应元素的标志，此为定性分析的基础，线的强度与相应元素的含量有关，为定量分析的基础[2]。

2 实验部分

2.1 主要仪器及测量条件

ARL9900 型X 射线荧光光谱仪:X 射线管Rh 靶，上照式；X 射线发生器:最大功率≥4 KW；设备工作条件:X 射线管电压为40 kV，X 射线管电流为70 mA，分光室真空度≤18 Pa，积分时间40 s，其余测量条件见表1。

表1 X 射线荧光光谱仪测量条件

2.2 样品的制备

X 射线荧光光谱法测定铝土矿石含量，试样片的制备方法通常有熔融法和压片法，本实验采用熔融法。

准确称取经105±5 ℃烘2 h，试验粒度小于125 μm 的铝土矿样品0.5500 g，放入已称有5.5000 g 四硼酸锂熔剂的铂黄合金坩埚中，混匀，加入3～4 滴溴化铵脱膜剂(可改善熔片的剥离性能)。 放于熔融炉中，在1 200℃的温度下熔融10 min，经熔融、浇铸、冷却，即可得到玻璃状样片。

2.3 工作曲线的绘制

由于铝土矿样品的复杂性，本实验充分筛选标准样品(部分为参与实验室能力验证合格试样)，各元素质量分数呈梯度分布，满足荧光分析需求，具体含量见表2。 选定仪器工作条件，进行系统分析实验，测定标样中的Al、Si、Fe、Ti 元素特征X 荧光射线强度，对应强度值与化学含量，即可绘制出各元素的工作曲线。

表2 标样元素含量(ω/%)

3 结果与讨论

3.1 标准化校正

分析仪器随时间变化、存在计数器老化、X光管老化等现象，同时分析室温度及湿度的变化，工作电源的稳定等各种因素均能引起工作曲线的偏离漂移。 在实际工作中，采用低号标样或高号标样对工作曲线进行标准化校正，由于铝土矿石成分的复杂性，尽量使用与分析试样成分及含量匹配的控制试样进行校正，同时保证控制试样与铝土矿试样的玻璃熔片制样条件一致，要求控制试样含量准确、成分均匀、玻璃样片无缺陷，在日常分析时，将控制样与试样在相同的条件下进行分析。

3.2 方法的精密度

对某一铝土矿样品制取样片进行连续10 次重复性测试的结果见表3。

表3 精密度结果分析(ω/%)

3.3 方法的重复性

对某一铝土矿样品制取10 个样片，在相同的仪器条件下，测定并计算，结果见表4。

表4 重复性结果分析(ω/%)

3.4 方法的准确度

为验证X 射线荧光光谱分析铝土矿含量方法的可靠性，对10 个铝土矿试样进行化学分析和X射线荧光光谱分析的对比分析实验，结果见表5。

表5 荧光光谱分析与化学分析结果对照(ω/%)

从表中分析数据结果看出，用荧光法和化学法进行铝土矿的成分对比分析数据的相对误差小于铝土矿石化学分析方法(YST575-2009)的相对允许差，分析结果与化学法吻合较好，X 射线荧光光谱分析法完全可以满足铝土矿石成分含量的准确度要求。

3.5 问题讨论

该分析方法虽然能有效减少和消除待测元素的化学态效应和待测样品的粒度效应，但由于铝土矿成分复杂，元素的基体效应和背景干扰仍然存在，例如:Al 受Br 干扰，Na 受Zn 干扰，Ti 受Ba 干扰[3]；另外含MgO、CaO、Na2O 较高的试样，也影响各含量分析结果的准确性；含Fe2O3较高的铝土矿试样熔融较困难，易造成试样不均匀；实际工作中需要根据试样特性，充分将样品和混合熔剂细磨混匀，调整熔样时间，测量结果采用经验影响系数及理论影响系数进行校正，以减小测定误差。

4 结语

本文通过测试条件的选择、工作曲线的绘制、标准化校正、方法准确度、精密度等方面的实验研究，证明用X 荧光光谱法测定铝土矿中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2的含量，其分析精密度和准确度均在行业分析标准允许差范围内，能满足要求，此方法与化学法比较大大提高了分析速度，减轻了工人的劳动强度。 此法现已应用于氧化铝生产的入磨高铝碎矿、入管普铝碎矿等分析，为氧化铝生产提供及时、准确、稳定的分析数据，能更好的为氧化铝控制生产服务。