X-荧光仪测定铁精矿中主次量成分

2020-12-30罗开良刘传仕

中国金属通报 2020年9期

罗开良，刘传仕，魏巍

（云锡文山锌铟冶炼有限公司，云南马关 663700）

冶炼行业的快速发展中，为保证产品质量及进厂物料符合结算要求，需要根据工艺要求对铁精矿中各成分进行快速、准确的分析。在传统分析中，铁精矿中全铁量的分析为重铬酸钾滴定法，硫的分析为重量法、高频红外吸收法等，砷的分析为原子荧光光谱法及电感耦合等离子体原子发射光谱法，氟的分析为离子选择电极法，铅和锌的分析为原子吸收分光光度法及电感耦合等离子体原子发射光谱法。这些传统化学分析方法结果准确可靠，但分析周期较长，分析人员劳动强度大，难于满足快节凑的生产需求。因此使用X-荧光测定铁精矿中各成分成为了现实选择。

X-荧光测定铁精矿中各成分大多采用熔融法[1-4]，此法可有效克服基体效应，但操作繁杂，不能满足大批量的样品分析及快节凑的生产需求。本文采用粉末压片法，通过收集各元素含量都有一定梯度的样品，通过不同方法进行定值，作为制作工作曲线使用的标准样品，对制样条件、测量条件进行优化，检测结果能满足生产需求。

1 实验原理

由X射线光管产生的原级X射线照射到样品上，所产生的特征X射线荧光经过准直器照射到分光晶体时，就产生衍射，探测器接收到经过衍射的X射线信号。通过分光晶体和探测器的同步运动，不断改变衍射角度，并可以获得样品内各种元素产生的特征X射线的波长及各个波长的X射线强度，据此进行定量分析。

2 试验部分

2.1 主要仪器和材料

（1）仪器：ZHY40t压样机，北京众合创业科技发展有限责任公司；Axios Max X射线荧光光谱仪，荷兰帕纳科。

（2）试剂：硼酸，市售AR。

2.2 标样选择

标准样品的选择要求每一个元素都有足够的含量，且含量应有一定的梯度，对于粉末压片法测定矿物，还必须考虑待测试样与标准样品矿物组成的基体相似性。显然国家标准铁矿石满足不了工作需求。因此在日常分析中收集了一组进厂铁精矿分析样，经定值以备建立工作曲线。各元素的含量范围分别为Fe：56.00%～ 63.46%；S：5.27%～ 25.11%；As：0.019%～0.688%；F：0.130%～0.256%；Pb：0.009%～0.020%；Zn：0.11%～0.524%，样品的定值都是按照国家标准和行业标准进行。

2.3 待测样品制备和测定

取以200目样品筛能全部过筛的样品约6g置于配套的压样模具中，加硼酸衬底托边，在40t压力下静压25s，制成厚度约为5mm左右的圆片。用金属镊子刮去边角处可能脱落的硼酸，再用洗耳球将圆片表面的粉尘吹干净。在非分析面做适当的标记，待测。用设定好的条件和相应的程序对待测样进行分析。

2.4 标准曲线绘制

在选定的X射线荧光光谱仪的工作条件下，测量选定标样的各元素荧光值，以荧光值对选定标样中各元素的浓度绘制工作曲线。根据谱线干扰情况，采取必要的背景校正。对各元素的荧光值和浓度进行变量回归，获得各组分的工作曲线。

3 结果与讨论

3.1 粉末压片条件选择

在粉末样品中，元素的荧光强度不仅与元素本身的浓度有关，还与样品粒度、样片厚度、压片压力、保压时间有关。

（1）样品粒度。分析线的荧光强度在一定范围内随样品粒度的减小而升高，当样品细化到一定程度时，分析线的荧光强度趋于稳定，此时的粒度称为临界粒度。分析线的波长越短，相对应的临界粒度越大。以PbLβ1为分析线，分别测定粒度大小不一的样品，数据表明：当样品能过200目筛时，粒度能满足分析要求。

（2）样品厚度。分析线的荧光强度在一定范围内随样品厚度的增大而增大，当样品厚度到达一定程度时，分析线的荧光强度不再随样品厚度的增大而增大并维持恒定，此时的厚度称为临界厚度或临界厚度。波长越短，相应的临界厚度越大。固定压力及静压时间，以同一样品为例，分别制成厚度不一的样片(此时硼酸仅用于托边)。以PbLβ1为分析线，分别测定不同样片的荧光强度，数据表明：当样片厚度到达5mm时（加入的样品质量约为6g），荧光强度趋于稳定。为保证样片质量，需加以硼酸衬底。以同一样品为例，取样品6g左右，分别加入不同量的硼酸在固定压力及静压时间下制成样片，以PbLβ1为分析线，分别测定不同样片的荧光强度，数据表明：衬底硼酸的用量不影响荧光强度。

（3）压片压力。压片压力直接影响样片的质量，以已过200目筛的同一样品为例，压力分别设为15t、20t、25t、30t、35t、40t、45t、50t，保压时间设为25s，制成不同样片。从样片外观可以看到，当在压力为15t和20t条件下制成的样片较为疏松，表面粉尘较多，其余条件下制成的样片外观满足要求。在同一条件下测定压力分别为25t、30t、35t、40t、45t、50t条件下制成的样品。数据表明：随着压力增大，荧光强大逐步增大，当压力超过40t后趋于稳定，考虑到压样机的性能，压力定为40t。

表1 仪器分析条件

表4 准确度测试

（4）保压时间。保压时间也是影响样片质量的一个重要因素。以已过200目筛的同一样品为例，压力设为40t，保压时间分别设为10s、15s、20s、25s、30s、35s，从样片外观判断，各个条件下制成的样品皆符合要求，在同一条件下测定各个样片的荧光强度。数据表明：随保压时间增大，荧光强度有一定的增强，当保压时间到达25s后，荧光强度趋于稳定，考虑分析周期，保压时间设为25s。

3.2 仪器条件选择

（1）谱线选择。综合考虑本公司日常检测铁精矿中各元素的范围、元素所对应的各谱线强度及谱线之间的相互干扰，故Fe的谱线为Kβ，Pb的谱线为Lβ1，其余皆为Kα。

（2）电流电压选择。Axios Max X射线荧光光谱仪的额定功率为4KW，考虑仪器的使用寿命，日常使用中应用80%左右的功率，即3.2KW左右。实际使用中既要元素的最佳激发效率，且电流电压不宜频繁骤变，否则一定程度上影响分析速度。在本次实验中，F、S选择25KV×128mA的电压电流组合，Fe、As、Pb、Zn选择50KV×64mA的电压电流组合。

（3）晶体选择。光谱仪光路的总体灵敏度取决于所选晶体的反射率和准直器的片间距。兼顾谱线强度、色散率及分辨率，F、S的晶体分别为PX1、Ge11，Fe、As、Pb、Zn的晶体皆为LiF220。在已选定的条件下对6各元素分别进行角度检测及PHD检测。仪器分析条件见表1。