X射線熒光光譜法測定鐵礦石的化學成分

于 惠，呂 華

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

鐵礦石作為一種重要的冶金工業基礎原料，組分復雜（含Mg、Al、Si、P、S、Mn、Ti、Co、V、Cu、Ni等元素），且組分中微量元素P、S、Mn、Ti、V、Ni的含量對于鋼鐵的物理和化學性質都起著決定性作用，準確檢測出這些微量元素的必要性可見一斑。傳統的一些檢測方法，諸如濕法、電感耦合等離子體原子發射光譜法等，均可以實現對鐵礦石主次元素的檢測。在儀器設備快速發展的同時，X射線熒光光譜（XRF）應運而生，其檢測效率更高，操作便捷，無損性和重現性均極佳，在多個行業中得到廣泛應用[1]。本文采用X射線熒光光譜法測定了鐵礦石中主次組分的含量。

1 實驗部分

1.1 儀器及其工作參數

EDX3600BEDXRFSpectrometerX射線熒光光譜儀（江蘇天瑞儀器股份有限公司）；ZHY401/601A型壓樣機和ZHM1型振動磨（北京中合創業科技發展有限責任公司）；HN101-3A型鼓風干燥箱（南通滬南科學儀器有限公司）。由于鐵礦石中富含多種成分，為確保檢測結果最佳，實驗過程中，對于不同的檢測元素均設定2個分析條件，具體見表1。

表1 鐵礦石中各分析元素的測試條件

1.2 試劑

硼酸：純度為99.9%（QUIBORAXS.a.公司）；無水乙醇：分析純（江蘇強盛化工有限公司）。

1.3 樣品制備

首先將大約40g左右的樣品稱量出來，然后將其投放至振動研磨機之中，通過研磨和混合，使其成為200目（74μm）。緊接著，在已經研磨完畢的試樣中，稱取（5.0±0.1）g的樣品，同時選取8.0g的硼酸來進行鑲邊墊底，并設置壓片機的壓力為30MPa和30s的制樣時間，使其制備成為待測樣品。用于校準的樣品和待測的樣品，均采用上述方法予以制備。同時仔細檢查樣片，確保其整潔光滑，萬不可出現裂紋現象[2]。壓制完畢后，將表面的浮渣等及時吹去，避免浮渣的存在而對最終的強度和濃度值檢測結果產生不良影響。

2 測量結果與分析

2.1 樣品粒度

由于待測樣品本身的顆粒度、密度以及表面光滑、組分等均不一定完全一致，這就使得粒度影響十分顯著。通常而言，在一定的范圍之內，一定的波長的譜線強度和樣品的顆粒度呈現的是反比的關系。也就是說，只要顆粒的尺寸足夠的小，熒光的強度將位于一個相對較為穩定的狀態中。顆粒度帶來的效應，可以采取一定的額措施予以降低甚至是清除，諸如研磨樣品，認真篩選，切實降低顆粒度等[3,4]。在該實驗中，將樣品進行180s的研磨之后，然后再借助不同目數的篩子進行篩選，最后對不同力度的樣品的強度予以測定。將樣品分別磨至120目（124μm）、150目（104μm）、180目（84μm）、200目（74μm）、220目（65μm）。例如Fe元素，針對不同粒度時其強度進行對比，結果可知，當樣品的顆粒度逐漸降低，Fe元素反而呈現出愈加大的強度。將試樣研磨至200目（74μm）時，Fe元素的強度值基本趨于穩定。因此實驗選擇過200目（74μm）篩的樣品進行制備。

2.2 熔樣條件

在實驗時，將一定數量的無水四硼酸鋰、無水碳酸鋰、鈷粉溶劑和NH4I脫模劑添加在其中，并依據1:20和1:10的比例進行稀釋，稀釋完畢后制作成為4個熔片。然后來測定Fe元素的強度，檢測結果顯示為0.245%和0.955%，可見，當稀釋濃度為1:20的時候，其能夠測定的強度相對更高。由此可知，選取Li2B4O7熔樣，按照1:20的比例對其進行稀釋，然后將NH4I和碳酸鋰進行適量的添加，能夠測試出來最為穩定的強度。當控制灼燒穩定在1050℃，且時間保持10Min，搖勻后再進行檢測，能夠取得更加穩定的檢測結果。鐵礦石產品種類繁多，具體選用的脫模劑也是不盡相同的。其中對于釩鈦礦來說，需要添加4滴～6滴的NH4I溶液，而其他類型的則需要至少添加該溶液6-8滴。

2.3 工作曲線和基本校正

鐵礦石元素在測定時也會受到礦物效應的影響，主要原因在于不同的鐵礦石成品的組分含量以及礦物結構的差異性。特別是采購而來的鐵礦石，其和實際生產的樣品間的差異就十分顯著。因此為確保得到更為準確的測定結果，在進行實際樣品測試的時候，需要綜合運用化學滴定法和ICP-AES法等來對其中含有的元素進行測定，最終構成一個具備一定梯度且能夠對整個生產范圍進行覆蓋的鐵礦石參考樣品。同時構建鐵礦石樣品中元素強度和含量的校正曲線，借助Luscas-Tooth，Price經驗系數法，來對曲線予以校正。具體到實踐中，為應對多方因素對標準曲線的影響，需要定期監控高含量和低含量的樣品，從而保障最終檢測結果的精準性。

2.4 灼燒減量校正

不同的鐵礦石的結構也不相同，在實驗時，其也會產生不同的灼燒減量。我們知道，當將鐵礦石樣品制備成為熔片之后，其成分絕對量必然恒定，然其相對量卻會出現一定的變化，這必然會對最終的檢測結果產生影響，特別是對鐵元素的檢出，其影響是顯而易見的。經過一系列實驗后可知，當加大褐鐵礦的灼燒減量，能夠取得更高的檢測結果；而釩鈦鐵礦取負的灼燒減量時，會獲得較低的檢測結果。可見，品種不同且含量不同的鐵礦石，在對其樣品測試時，需要按照灼燒量相近的原則來校正灼燒減量的系數，確保檢測結果的準確性。

2.5 精密度

選取實驗過程中樣品的部分化學成分，來對其精密度進行分析，具體如表2所示。

表2 部分化學成分的精密度

為測定該實驗方法的精密度檢測效果，隨機將其中一個樣品進行熔融，然后制備成為10個熔片，運用X射線熒光光譜儀來測定這10個熔片的成分含量，收集相關數據后，精準計算各個成分含量的平均值、標準差和t倍標準偏差等。計算結果顯示，測試的各成分的精密度均極好。

2.6 準確度

綜合運用線性回歸法來對樣品各組分的測定值和標準值進行分析，文章利用X射線熒光光譜法來測定鐵礦石中的各個化學組分，最終得到的測定結果如表3所示：

表3 樣品中鐵、硅、磷、鈦、鈣、鎂的測定結果

綜上所述，文章利用X射線熒光光譜法來對鐵礦石中的化學成分進行檢測，實驗結果可知：①該檢測方法步驟簡單，檢測效率較高，能夠快速測定多個化學成分；②該檢測方法測試出來的結果和化學法檢測結果對比，無論是精密度還是準確度都極佳，完全達到了檢測的目的和要求；③該檢測方法檢測時需要添加一定的試劑，而這些試劑均是無毒無害試劑，不會對環境產生污染，滿足當前節能環保的時代發展潮流。