X射線熒光光譜法測定含鐵原料中鉀、鈉、鋅含量

王曼娟　嵇 龍　蔡 璐

(馬鋼股份有限公司檢測中心，安徽 馬鞍山 243000)

前言

含鐵原料中的有害元素是指燒結礦、球團礦、混勻礦等各類含鐵原料中的鉀、鈉、鋅這三種元素。這三種堿金屬進入高爐后極易對高爐進行侵蝕，縮短高爐的使用壽命，對于高爐煉鐵順行有著至關重要的影響。因此含鐵原料中有害元素的分析對于公司原料采購、高爐順行有著不可或缺的指導作用。

目前含鐵原料中有害元素的分析普遍采用電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定。首先試樣需要溶解后方能進行測定；其次鉀、鈉容易吸附，標準樣品需要現溶現配；另外由于含鐵原料配料的波動,為了保證檢驗的準確性，異常結果需要進行復檢；因此試樣分析步驟繁雜、人員勞動強度大等因素，造成分析周期長,往往不能滿足生產單位的工藝要求。

X射線熒光光譜法具有精密度好、準確度高、分析速度快等特性[1-2]。通過對儀器參數、標準工作曲線擬合等進行研究，確定了最佳測定條件，實現了含鐵原料中鉀、鈉、鋅組分的同時測定。實驗證明，采用X射線熒光光譜法測定含鐵原料中的鉀、鈉、鋅組分，完全能夠滿足生產需要[3-6]。

1　實驗部分

1.1　樣品的準備

X射線熒光光譜法分析需同類型標準樣品，目前缺少同類型標準樣品，無法滿足X射線熒光光譜繪制工作曲線的要求，為此實驗中收集了各類含鐵原料生產樣品進行化學方法自定值。含鐵原料用震動磨碎機磨碎后過孔徑小于0.100 mm的篩，用化學方法對14個試樣進行了定值作為質量控制樣品，結果如表1所示。

表1　試樣含量匯總表Table 1　The sample content summary table　/%

1.2　實驗設備及儀器工作參數

鉑金合金(95%Pt-5%Au)坩堝及模具；Axios PW4400 波長色散X射線熒光光譜儀(荷蘭帕納科公司)：端窗薄鈹窗鐒靶X射線管，功率4 kW，SuperQ 5.1A 操作軟件；SX-12-16型硅鉬棒電阻爐(宜興市萬石節能電爐廠)。各元素的測定條件見表2。

表2　各元素測量定條件Table 2　Measurements of each element

1.3　試劑

氧化劑：LiNO3(分析純，上海硅生晶體科技開發有限公司)。

脫模劑(NH4Br溶液)：稱取50.0 g(精確至0.1 g)NH4Br加水稀釋到體積為100 mL，搖勻后放入棕色瓶中保存。

1.4　實驗方法

稱取1.0 g(精確至0.000 2 g)試樣，8.0 g(精確至0.000 5 g)四硼酸鋰和0.40 g(精確至0.000 5 g)硝酸鋰于稱量瓶中，充分混勻。將稱量瓶中試樣完全轉移至鉑金合金坩堝中，滴入6滴NH4Br溶液。將坩堝置于1 150 ℃馬弗爐內，熔融6 min后取出坩堝搖動一次，使氣泡趕盡。熔融完全后，取出坩堝搖動趕盡氣泡，水平將坩堝放置于耐火磚上，自然冷卻，然后將冷凝樣片倒在潔凈的濾紙上，并將寫好標識的標簽貼在樣片背面備用。保持樣片表面清潔，不要用手觸摸或任何方式處理，儲存于干燥器中待測。

2　結果與討論

2.1　試樣量與熔劑比例的選擇

由于試樣中鉀、鈉、鋅的含量較低，因此選擇試樣量與熔劑的比例為1∶5，1∶8，1∶16進行實驗。選擇含量高低不同的試樣10個，分三組進行實驗，測試熔樣比對試樣熔融的影響。具體熔融情況見表3。

表3　試樣量與熔劑不同比例的熔融情況Table 3　Sample amount and in differentproportion fused flux

由表3可知，實驗選擇試樣量與熔劑的比例為1∶8，即試樣量1.000 0 g，四硼酸鋰8.000 0 g，硝酸鋰0.400 0 g，此條件下各預測定元素的熒光強度滿足要求，且樣品的燒失量不影響測定。

2.2　熔融溫度和時間的選擇

設定馬弗爐溫度分別為1 050、1 100、1 150、1 200 ℃，同一試樣分別熔融10、12、15 min，測定熒光強度11遍計算標準偏差，實驗熔樣溫度和時間對試樣熔融的影響，具體情況見表4。

表4　熔融時間、溫度情況Table 4　Melting time and temperature

從表4實驗結果來看，熔融1 150 ℃，12 min以上均能得到表面光潔無晶斑的樣品，考慮到其它熔融試樣的熔融時間及熔樣效率，因此實驗選擇1 150 ℃熔融12 min為熔樣條件。

2.3　儀器工作條件

經過對試樣中各待測元素進行位置掃描和能量掃描，確定出各元素的分析條件，見表5。

表5　各元素測定條件Table 5　Measurements of each element

2.4　工作曲線的線性范圍

為建立適用范圍較寬的工作曲線，在繪制工作曲線時添加了生產中含量較為異常的試樣作為質量控制標準樣品，在選定的測量條件下，測量組份的熒光強度為縱坐標，以輸入組份濃度為橫坐標，繪制工作曲線，用經驗法對曲線進行校準，建立了測定元素的工作曲線。氧化鉀、氧化鈉和鋅的測定含量范圍分別為：0.010%～0.25%、0.010%～0.50%、0.010%～0.070%。

2.5　精密度實驗

將同一生產樣品，按實驗方法平行測定11遍，以考察方法的精密度，結果見表6。由表6可見，各組分測定結果的相對標準偏差(RSD)小于2%。

表6　精密度實驗Table 6　Results of precision experiments(n=11)　/%

2.6　準備度實驗

隨機選取8個生產樣品采用X射線熒光光譜法與ICP-AES法進行不同方法間比對，結果見表7。由表7可知，本方法測定結果與ICP-AES法測定結果基本一致。

3　結語

實驗選擇了最佳制樣條件、稀釋比，很好地解決了輕元素因熔劑影響而熒光強度下降的問題，確定了最佳實驗條件，實現了X射線熒光光譜法對含鐵原料中鉀、鈉、鋅成分的快速準確測定，同時保證了結果與不同方法測定值的吻合，完全滿足煉鐵工藝的周期及準確度要求，在實際生產中取代繁瑣的化學分析方法。

表7　準確度實驗Table 7　The accuracy of test　/%

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