X射线荧光光谱法分析石灰石中SiO2和CaO

2021-03-12连喜萍

辽宁科技学院学报 2021年1期

连喜萍

(本钢检化验中心，辽宁本溪 117000)

钢铁冶金生产中，石灰石的作用是炼铁时的熔剂，除去脉石，同时形成一定碱度的炉渣〔1〕。石灰石的主要成分是CaO，还含有少量MgCO3、SiO2、Al2O3等，石灰石化学成分的检测，经典的分析方法是采用GB/T3286系列化学分析法〔2-3〕，但化学分析法有前期预处理操作繁琐、耗时长且产生废液需处理等缺点。随着仪器分析的发展，X射线荧光光谱法(XRF)应用不断扩大，其具有制样简单，分析速度快，精密度高的优点，荧光分析制样方式有2种，即压片法和熔融片法〔4〕。用荧光进行钢铁、原料的化学成分测定，在钢铁企业中，已成为国际标准分析方法〔5〕。

在本钢高炉冶炼用的石灰石来源较多，有矿山自产的，有外购的，用X射线荧光光谱法分析时存在基体效应和矿物效应，荧光压片法分析时，单纯用标准样品建立工作曲线也存在基体效应的问题〔6〕，得不到准确的分析结果，与化学分析比对结果时有偏差，而熔融法分析周期长，经济成本高，无法满足高炉炼铁快节奏生产需求。

在荧光分析石灰石试验时，进行分析应用改进。一是用生产样替代标准样建曲线；二是根据矿脉不同分开建工作曲线；三是用纯铁做控制试样检查漂移。改进后，压片法的准确度得到提高，通过仪器与化学结果对照，能够达到工艺要求，体现了用荧光分析石灰石的快速优势。

1 试验部分

1.1 仪器设备

MXF-2400型多道 X射线荧光光谱仪日本岛津公司； BF-1型粉末压片机丹东北方科学仪器有限公司；BP-1型振动磨丹东北方科学仪器有限公司；ZD-X光谱磨样机江阴东辰 40目砂纸。

1.2 压片机制样工作条件

压力:30 MPa；时间:1 min

2.3 仪器工作条件

如表1所示。

表1 X射线荧光光谱仪工作条件

2 分析结果与讨论

2.1 样片制备

选取一定梯度的同矿脉的龙山石灰石、赵家沟石灰石各10-20个左右。通过粒度试验，确定试样通过筛孔直径为0.125 mm(120目)标准筛〔6〕。选取内径为35 mm、高为4 mm的聚氯乙烯环作为压片环，依据制样条件制取荧光分析的试样片〔7〕。同时用化学方法多次分析，进行准确的定值。

2.2 工作曲线绘制

生产中供给各烧结系统配料的熔剂石灰石产地不同，与石灰石标样的基体不同，用标样建线，分析生产样，结果与化学分析结果比对经常超差，特别是赵家沟石灰石，元素含量没有相关性，为此，根据石灰石品种和成分的变化，积累了不同时期含量有一定梯度的10-20个样子，通过多次化学分析定值，研制了一系列内控标样，按所设定的测量条件测定。

根据谱线强度与含量成正比，通过标准曲线法来定量〔8〕。以SiO2、CaO百分含量为横坐标，X荧光光谱仪上测定的强度值为纵坐标，绘制强度-浓度工作曲线〔7〕，如图1，图2、图3、图4，曲线相关结果见表2。

由图1、图2、图3、图4及表2可见，SiO2和CaO曲线线性方程相关系数大于0.99，达到仪器分析要求。方法有效，建立的工作曲线可使用。

表2 标准工作曲线

2.3 仪器漂移控制

使用MXF-2400荧光分析试样时，可用完全标准化及控样分析来进行曲线漂移校正和单点校正〔7〕。由于石灰石是粉末样子，标准化和控制样片不容易保存，极易吸潮、受污染，使用变化的样片校正曲线发生偏离，分析结果与化学法对照差值大或超差，在生产中影响结果的准确度。

为保证曲线的准确性，达到控制效果，用磨制好的铸铁做控样，铸铁基体是金属铁不易氧化，荧光分析铸铁是无损分析，分析面处理方便。每班分析一次，记载元素分析结果(或)强度值，与曲线初期使用时的分析结果(或强度值)比较，观察结果(或强度)波动，如环境无波动，试样无氧化或污染，上下班结果波动幅度小，则曲线正常，仪器的分析结果有效；反之，提示工程师曲线漂移，需校正。如表3列出10组铸铁做控样，在石灰石曲线上计算的分析结果。