粉末壓片制樣-X射線熒光光譜(XRF)法測定鈦鐵礦中TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量

卜兆杰　王曉旋　黃健強(qiáng)　陶澤秀　寇德翔

(1 蘭州蘭石檢測技術(shù)有限公司，蘭州 730314； 2 甘肅省機(jī)械材料表征與安全評價(jià)工程實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730314； 3 甘肅省高端鑄鍛件工程技術(shù)研究中心，蘭州 730314)

前言

鈦鐵礦是鐵和鈦的氧化物礦物，又稱鈦磁鐵礦，是提煉鈦的主要礦石。由于其中鈦含量高，而鈦又易水解或易形成難溶的偏鈦酸析出，常給分析帶來很大的困難[1-2]。鈦鐵礦通常采用化學(xué)法、原子吸收光譜法分析，試樣處理繁瑣，需分離干擾元素，分析速度慢，成本高[3-9]。隨著X射線熒光光譜分析技術(shù)的發(fā)展[10-13]，其在地礦分析中的應(yīng)用也增多，但是利用粉末壓片制樣X射線熒光光譜分析鈦鐵礦的報(bào)道很少。袁家義等[14]提出了用Li2B4O7及Li2CO3混合熔劑熔融試樣，X射線熒光光譜法測定鈦鐵礦中主次量組分的方法，對主、次量組分方法精密度(RSD，n=10)為0.20%～9.1%。采用粉末壓片法制樣，X射線熒光光譜分析鈦鐵礦中的TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO含量。通過研磨解決了粉末顆粒性效應(yīng)問題，并利用不同產(chǎn)地的質(zhì)控樣品制作工作曲線，確認(rèn)本方法受礦物效應(yīng)的影響不大，并選擇合適的測量條件制作工作曲線，直接測定鈦鐵礦中TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO，較好地解決了這一相對復(fù)雜的分析問題。這樣，不但可以降低檢測成本，縮短分析周期，還能最大地消除化學(xué)前處理中的人為因素，提高測定的準(zhǔn)確度及可靠性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器與試劑

AxiosPW4400型X射線熒光光譜儀(荷蘭帕納科公司)，功率4 kW，銠靶鈹端窗X射線光管；振動(dòng)研磨機(jī)ZHM-1(北京眾合創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限責(zé)任公司)；ZHY-401壓樣機(jī)(北京眾合創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限責(zé)任公司)；微晶纖維素[(C6H10O5)n，分析純]；硬脂酸[C18H36O2，分析純]；硼酸[H3BO3，分析純]。

1.2　儀器工作條件

X射線熒光光譜儀工作功率3 kW、P10氣體流量控制在1.0 L/h，室內(nèi)溫度為20～23 ℃。

1.3　標(biāo)準(zhǔn)試樣

質(zhì)控樣品在(105±3) ℃干燥2 h后置于干燥器備用，繪制工作曲線各組分見表1。

表1　繪制校準(zhǔn)曲線用樣品及各組分含量

1.4　分析方法

稱取7.000 0 g已烘干的鈦鐵礦樣品，2.000 0 g微晶纖維素，0.200 0 g硬脂酸，放入碳化鎢振動(dòng)磨中，研磨120 s，倒出，在3 000 MPa壓力下保壓30 s，用適量硼酸墊底，制成有一定厚度的光譜平整的壓片樣。用洗耳球吹去表面雜質(zhì)后把樣品放入熒光儀Φ27 mm樣品杯中，用塑料壓環(huán)固定好。選擇Super Q程序，進(jìn)行測定。

2　結(jié)果與討論

2.1　譜線和測量參數(shù)的選擇

把光譜儀的各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整到分析元素的最佳值。表2為鈦鐵礦各組分儀器分析條件。

表2　分析元素測定條件

2.2　基體效應(yīng)

基體效應(yīng)是熒光分析中引起誤差的主要原因之一。帕納克公司的Super Q軟件采用綜合數(shù)學(xué)校正公式進(jìn)行校正：

Ci=Di-∑LimZm+EiRi

式中：Ci為校準(zhǔn)樣品中分析元素i的含量，%；Di為元素i的校準(zhǔn)曲線截距；Li為干擾元素m對分析元素譜線重疊干擾校正系數(shù)；Zm為干擾元素m的

計(jì)數(shù)率；Ei為分析元素校準(zhǔn)曲線斜率；Ri為分析元素的計(jì)數(shù)率；ZjZk為共存元素的含量，%；N為共存元素的數(shù)目；α、β、δ、γ為校正基體效應(yīng)的因子；i為分析元素；J和K為共存元素。

2.3　粒度影響及礦物影響

粒度影響為測量元素的X射線熒光強(qiáng)度隨著粒度變小而增加。選擇兩個(gè)鈦鐵礦試樣分別與粘合劑放入振動(dòng)磨中，研磨時(shí)間分別為30、60、90、120、150、200 s，并通過425、250、180、125、106、53 μm篩過篩，并按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對鈦鐵礦中主含量TiO2進(jìn)行測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，粒度大于74 μm時(shí)，其對熒光分析的影響可以忽略。測定結(jié)果見表3。

表3　不同粒度的鈦鐵礦樣品中鈦測定值對比

礦物效應(yīng)：由于所進(jìn)原料的產(chǎn)地不同，如果各地礦物結(jié)構(gòu)差異大，各種物料之間的礦物效應(yīng)也將對分析結(jié)果產(chǎn)生影響。采取不同產(chǎn)地的標(biāo)準(zhǔn)樣品及生產(chǎn)用樣品制作工作曲線，工作曲線線性滿意，說明此法基本不受礦物效應(yīng)的影響。曲線的校準(zhǔn)參數(shù)見表4。

表4　各組分校準(zhǔn)曲線的參數(shù)

2.4　樣品成形實(shí)驗(yàn)

下照式X射線熒光儀，其X光管在樣品下方，如果樣品壓片不結(jié)實(shí)，單薄，在測定過程中，很可能破碎直接威脅到光管安全。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定用2.0 g微晶纖維素，0.2 g硬脂酸，并用硼酸襯底，在3 000 MPa壓力下保壓30 s，壓制出的樣品結(jié)實(shí)、均勻光滑，具有代表性。

2.5　樣品分析結(jié)果對比

按測定方法，隨機(jī)選取4份鈦鐵礦(來自1四川、2云南、3廣西、4甘肅)的樣品，通過用《鈦鐵礦精礦化學(xué)分析標(biāo)準(zhǔn)》(YS/T 360.2—2011)分析結(jié)果與X射線熒光光譜法分析結(jié)果進(jìn)行比對，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)分析法分析結(jié)果基本吻合，滿足允許偏差要求。見表5。

2.6　方法的精密度

采用本方法對一生產(chǎn)樣品重復(fù)測量10次，將分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.6%以內(nèi)，方法精密度較好，結(jié)果見表6。

表6　方法精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3　結(jié)語

選用不同產(chǎn)地的鈦鐵礦質(zhì)控樣品制作工作曲線，采用粉末壓片制樣，并進(jìn)行相應(yīng)的基體校正及元素間相互干擾的校正，建立了X射線熒光光譜法快速測定鈦鐵礦中TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO含量的方法。樣品中的各元素含量與化學(xué)法分析結(jié)果一致，精密度控制在3.6%以內(nèi)，精密度、準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性能滿足生產(chǎn)質(zhì)量檢測要求。

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