EDXRF法在包頭某選礦廠鐵精礦、原礦、尾礦分析中的應用

翟娟++賴萬昌++郭成++黃永發

摘 要：能量色散X射線熒光（EDXRF）法不僅可以定量分析常量元素和高含量元素，也能進行低含量元素和微量元素（ppm）的定量分析，其應用領域主要包括地質樣品、礦物樣品和冶金樣品的分析[1-3]。文章介紹了用IED-2000D型高分辨率X射線熒光儀快速測定包頭某選礦廠鐵精礦、原礦、尾礦中TFe含量的方法技術；通過采用低能譜段總計數率校正共生元素的影響，降低了基體效應對TFe測量的影響；對于采用電致冷Si-PIN探測器（FWHM為185eV@5.9keV）和微功率（40V/50μA）X光管的探測系統，測量時間為100s時，EDXRF法分析的鐵精礦、原礦、尾礦的誤差分別為0.5%、0.3%、0.3%以內，達到了生產需求。

關鍵詞：EDXRF法；鐵礦石；基體效應；經驗系數法

Abstract： EDXRF method can't only quantitatively analyse constant element and high content of elements， but also low content of elements and trace elements（ppm）， the applications of which are mainly the analysis of geological samples， mineral samples and metallurgical samples. This article introduces a method and technology for rapidly measuring TFe content in iron ore concentrate， raw ore and mine tailing in one concentrator in Baotou by using IED-2000D-type high-resolution X-ray fluorescence analyser； through correction of the low-energy spectrum segment， the matrix effect in ore to the TFe measurement is reduced； for detecting system using electric cooling Si-PIN detector（FWHM being 185eV@5.9keV）and micropower（40V/50μA）X fluorescent tube， when the measuring time is 100 seconds， the errors for annalyzing iron ore concentrate， raw ore and mine tailing by EDXRF method are less than 0.5%， 0.3% and 0.3%， which satisfies the production requirement.

Keywords： EDXRF method； iron ore； the matrix effect； empirical coefficient method

鐵礦石是鋼鐵生產的重要原材料，包鋼某礦是中國著名的鐵礦，礦石中含有較豐富的稀土元素及其他金屬元素，給選礦和分析測試工作帶來較大影響。在日常分析中由于共生元素影響，TFe含量分析誤差常常較大。能量色散X射線熒光分析（EDXRF）方法能夠快速分析目標元素，其分析儀輕便小巧，分析速度快，分析成本低，分析元素范圍廣[1-2]；為此，使用IED-2000D型XRF快速分析儀分析鐵精礦、原礦、尾礦的TFe含量，在對基體展開研究的同時，分析精度也隨之提高[4]。

1 基體效應校正方法

根據X射線熒光分析基本理論的經驗系數法，鐵礦石的鐵含量（Q）與特征熒光強度（I）成正比[5-6]。但由于基體效應、密度效應、水分效應、不均勻效應等因素的影響，回歸系數常常發生變化，從而產生分析誤差。在采用粉末壓片法時，主要影響因素是基體效應，所以主要對鐵精礦、原礦、尾礦的基體效應分別進行討論。

1.1 精礦的分析

鐵精礦的TFe含量在60%～70%之間，其他金屬雜質含量很低（儀器譜如圖1所示），元素間吸收增強效應很弱，因此采用的一元線性回歸方程[7-8]：

在式（1）中，I0為FeKα峰的熒光計數率，Q（Fe）為鐵精礦中Fe的計算含量，a1、b1為擬合系數。

1.2 原礦和尾礦的分析

原礦平均鐵品位在36.48%左右，稀土氧化物平均含量約為5.18%，原礦中不僅含有鐵，還含有稀土元素（主要是La和Ce）和Si、Ti、Cr、V、Mg、Mn等元素，因此鐵原礦譜成分十分復雜（如圖2），FeKα譜峰的計數率受其它元素影響很大，需要考慮元素間的吸收增強效應。由于La和Ce的L系吸收限能量和Si、Ti、Cr、V、Mg、Mn等元素的K系吸收限能量均小于Fe的Kα能量[8-9]，他們主要表現為對Fe的特征吸收效應，為了校正吸收效應對FeKα計數率的影響，采用二次項修正其影響。二次項的選擇從3.186kev～6.032kev，這包含了Ti、Cr、Mn、Ca、Ce等元素的總熒光強度（如圖2中的I1），校正方程如下：

式（2）中，I0為FeKα峰的熒光計數率，I1為對Fe含量測量造成影響的所有元素的總計數率，Q（Fe）為鐵原礦中Fe的計算含量，a2、b2、c1為擬合系數。

由于尾礦中除含有約10%的Fe元素外，其他元素組成基本與原礦基本相同，其儀器譜也與原礦儀器譜譜形類似，因此也用式（2）來進行基體效應校正。

2 應用

2.1 實驗準備及測試分析

樣品：取4g鐵礦石粉末樣品（直徑為30mm）制成粉末壓片樣。實驗儀器：IED-2000D型XRF快速分析儀，它由測量主機箱和PC機上測量控制軟件兩部分組成。其中測量主機箱內又包含X射線激發源，探頭、信號處理電路，電源等。探頭采用新型電制冷半導體探測器；PC機中測量控制軟件控制完成對X射線熒光光譜信號的采集和數據處理工作，更能方便的調節X射線放射源的管壓、管流，控制X光管的開啟與關閉；具備自動分析、使用方便、操作簡單、精度高等特點。儀器的測量條件[9-11]方程參見表1所示。

2.2 結果對比

鐵精礦、原礦、尾礦的EDXRF分析對比表分別如表2-表4所示：

由表2-表4可見，EXRF法分析鐵精礦（Fe含量為61.0%～67.0%）的最大誤差為0.37%，平均絕對值誤差是0.41%；鐵原礦（Fe含量為28.0%～35.0%）的最大誤差為0.14%，平均絕對值誤差是0.05%；鐵尾礦（Fe含量為10.0%～14.0%）最大誤差為0.16%，平均絕對值誤差是0.10%。以上結果均小于選礦廠要求的分析誤差，由此表明EDXRF分析精度可滿足生產需要。

研究表明：

（1）鐵精礦中干擾元素較少，可直接采用一元線性回歸分析方法；

（2）在分析鐵原礦、尾礦時采用二次項校正，較好地克服了低能譜部分對FeKα熒光強度的吸收效應；

（3）能量色散X射線熒光分析儀在分析鐵精礦、原礦、尾礦中的TFe含量時，具有檢測時間短（分析時間僅為100s）、操作方便、分析精度高等優點，可滿足分析鐵精礦、原礦、尾礦的需要。

參考文獻

[1]章曄，謝庭周，曹立國，等.X射線熒光探礦技術[M].北京：地質出版社，1984.

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[4]翟娟，賴萬昌，王卓，等.EDXRF法在鐵氧體分析中的應用[J].核電子學與探測技術（Nuclear Electronics &Detection Technology），2012，12：1425-1427.

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[8]Lachance G R，Claisse F.Quantitative X-ray fluorescence Analysis.[J].New York：Johon Wily and sons，1994.

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[10]賴萬昌，葛良全，吳永鵬，等.新型高靈敏度XRF分析儀的研制與應用[J].核技術（Nuclear Techniques），2003，26（11）：891-895.

[11]任家富，周建斌，庹先國，等.EDXRF-1024便攜式高精度X熒光分析儀[J].核技術（Nuclear Techniques），2006（9）：698-700.

作者簡介：翟娟（1986-），女，博士研究生，研究專業：核技術及應用。

*通訊作者：賴萬昌，男，博士生導師。