XRF檢測鎂質耐火材料的方法與應用

陳慧娟 李曼 韓蔚 郭中寶 黃碩成

（中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024）

1 前言

在社會持續發展的背景下，我國的經濟水平也在持續升高，國民經濟的發展開始逐漸傾向于以工業為支柱的態勢，工業強國是我國經濟發展戰略的一個重要版塊。在工業生產中，由于鎂質耐火材料及其制品具有良好的高耐火性、在高溫的環境下原料及制品強度高、可抗堿性類熔渣物質侵蝕等特點，被廣泛的應用到了冶金、石油化工等領域。我部門主要負責公司有關防火、耐火材料方面的檢測任務，其中鎂質耐火材料、主要原料鎂砂以及成品鎂磚等材料，需對樣品進行各方面質量的檢測。鎂質耐火材料及其制品的化學組成成分影響其性能，故需對材料的化學成分進行檢測，對樣品進行X射線熒光光譜儀測試，主要有兩種方法，分別是玻璃熔片法和粉末壓片法，相較于粉末壓片法的優勢（制作簡單，耗時少，利于批量制樣，制樣操作、設備簡單且成本低），玻璃熔片法耗時長，制作過程復雜且實驗成本高，但玻璃熔片法能消除大部分礦物效應和顆粒效應，在經過熔融制樣（多相體系存在于接受化學反應的樣品當中，而最終需要的玻璃體是均一單向的，所以需要進行轉化）后，按照一定比例來把熔劑融入到樣品當中，可以實現基體效應的大范圍下降。應用這種方法可以在最短的時間內，通過簡便的方法得到更精密、更準確的結果，并且可以只需要承擔較低的成本就應用到更廣的范圍當中去，還不用考慮環境污染的問題，是現階段所使用的化學分析手段的最好替代品。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器與測量條件

實驗使用日本理學 ZSX Primus Ⅱ型X射線光譜儀；Rh靶X射線管；真空光路；熔融時間：20 min；熔融溫度：1100 ℃。儀器測量條件表見表1。

表1 儀器測量條件表

2.2 實驗試劑

無水四硼酸鋰（分析純）；Li2B4O7（分析純）；NH4I（分析純）；氬-甲混合氣體（φCH4=10%）。

2.3 實驗步驟

如有燒失量的樣品，需進行燒失量測定并稱量灼燒，對處理后的樣品進行稀釋，執行特定的比例標準，在Pt-Au（5%）合金坩堝中放入標準樣品或試樣，之后再加入無水四硼酸鋰熔劑，當熔劑達到完全融入樣品的狀態時，開始對坩堝加溫，在20分鐘內保持1100℃的溫度，碘化銨脫模劑能夠少量分次的加入到坩堝當中，加入的時間要準確的控制在熔融期內，之后把熔融物搖勻。加熱完成之后，向模具當中導入熔融物，搖勻整平，等待熔融物冷卻后可剝離模具。

3 實驗結果與討論

3.1 熔劑與樣品的稀釋比

在實驗中，分別以稀釋比1：10和1：14，同一樣品，按照同樣的條件來進行熔融，比較分析10次熔樣處理的數據結果，得到了非常好的重復性，見表2和表3。

表2 熔樣測定數據重復性統計表（稀釋比1：10）

表3 熔樣測定數據重復性統計表（稀釋比1：14）

3.2 脫模劑—NH4I的用量

采用2.3方法熔融制樣，平行稱取5個試樣分別加入0.050g，0.100g，0.200g，0.300g，0.400g NH4I， 測 定不同用量下的實驗結果，數據見表4。

表4 NH4I不同用量實驗結果表（w/%）

實驗表明，測定結果不會隨著加入NH4I的量的不同而產生較大的差異，這是由于在高溫狀態下NH4I會被揮發掉，唯一的條件是要保持熔融品在定型平穩時具有一致的流動性。

3.3 燒失量的校正

為保證樣品檢測結果的準確性，對檢測樣品進行燒失量校正是必需的。例如檢測樣品菱鎂石等材料的燒失量達到了50%，盡管對檢測試樣進行了大比例的稀釋熔融處理，但是在熔融體系中燒失份數的占比仍然較大，直接影響檢測結果。針對燒失量較大的樣品，如鎂石、菱鎂石、鎂砂等材料，必須先校正燒失量。試樣或標樣會由于燒失量的損失的存在而改變其組成狀態，所以必須把燒失量的影響因素充分的考慮到精確分析當中，燒失量越大越要引起重視。

以下公式可以被用來計算燒失量及燒失量校正系數：

式中：K—燒失量校正系數；

m燒后—試樣灼燒后重量；

m燒前—試樣灼燒前質量；

wloss—燒失量。

燒失校正計算公式：

式中：Wi—燒失量校正后的分析結果；

Xi—燒失量校正前的測量結果；

K—燒失量校正系數。

3.4 準確度

將XRF結果、標準值和化學分析結果進行對照，對標準樣品和試樣分別進行檢測測定，對照詳情見表5。由表5可知，本方法的實驗結果與標準值或化學分析法測量結果在誤差范圍內。

表5 鎂磚測定結果準確度表

3.5 精密度

依照試驗方法，從鎂磚樣品中選取一塊，進行熔融十次，測定結果見表6。根據結果可判斷出該方法具有精確度高的特點。

表6 鎂磚測定結果精密度表

4 結語

本文采用玻璃熔片法對鎂質耐火材料、鎂砂、鎂石等原材料進行測定。實驗結果表明無論在任何稀釋比和脫模劑用量的情況下，只要保證在熔融形成玻璃熔片時的流動性一致的情況下，同時將燒失量校正考慮在內，則可拓寬測量元素的含量范圍。經過實驗表明：該方法準確、簡便、快速、實用，對環境的污染不大。我部門使用此方法進行鎂質耐火材料的檢測，大大提高了檢驗的準確度和效率，完全能夠滿足日常檢測任務要求，且檢測效果等均能達到高水平要求。