X射線熒光光譜分析技術在質量檢測中的應用研究

陳萬斌

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海 西寧 810001）

1 X射線熒光理論

X射線是利用特征X射線的一些特殊性完成基本操作的，其特殊性可體現在力量、概率等方面上，操作完成后獲得的相關數據，可被直接應用在分析設計中，對于產品研發和設計有著促進作用。而X射線熒光理論是由莫斯提出的較為復雜的理論體系。該理論中指出，任何固有元素都有其特征性的X射線，且射線頻率的平方根與原子序數之間存在著緊密聯系。同時這兩個元素也是實現質量檢測的關鍵[1]。

2 X射線熒光光譜分析技術在質量檢測中的運用

2.1 X射線熒光光譜儀器類型

根據現有的鋼鐵企業質量檢測數據報告分析可知，X射線熒光光譜儀儀器的類型以波長色散性X射線光譜儀和能量色散性X射線光譜儀這兩種為主，這也是目前應用最為廣泛的光譜儀器。前者是目前鋼鐵企業使用最為廣泛的檢測儀器類型，共分為兩種，一是多道型WDXRF，二是掃描型WDXRF。多道型在2005年以前被廣泛應用，并占據主導地位，之后隨著產業的進步，掃描型WDXRF出現，性能、檢測精準性、分析速度明顯高于多道型，成為鋼鐵企業質量檢測中的重要設備。能量色散型X射線熒光光譜儀共分為SI半導體探測器、放射性核素便攜式譜儀、SDD、SI-PIN探測器、原位EDXRF這幾種。前兩種探測儀器的出現時間較早，應用領域也較多，之后隨著技術發展，SDD、SI-PIN探測器應運而生，不過這類型探測設備需要與微型X射線管搭配使用，才能保證設備精準性，檢測結果有效性。

2.2 X射線熒光光譜分析技術檢測的產品類型

2.2.1 進場原料、輔料及過程產品檢測

X射線熒光光譜儀被應用到鋼鐵企業產品檢測中，就是對原料、輔料、半成品材料等實行檢測，具有較多雷同性，下文就從三方面對其檢測內容予以詳細說明。

首先，原材料檢測。對于鋼鐵企業來說，生產中所需的原材料以鐵礦石、普通鐵合金、進廠溶劑、輔料等為主，最先開始應用X射線熒光光譜分析技術檢測的材料以鐵礦石為主，是在上世紀末期，利用內標法玻璃熔片技術對不同類型鐵礦石材料進行成分檢測，其中包括塊礦石、進口粉礦、鐵精礦等多種類型材料。檢測得出的結果直接被應用在對外作業中。對檢測報告分析可知，影響鐵礦石質量的主要因素為高猛、高鎂等元素，同時通過X射線熒光光譜分析技術的應用，解決傳統質量檢測中存在的問題，更新和優化檢測方式方法[2]。

目前，我國在鐵礦石樣品分析上取得了顯著效果，并從質量檢測中獲取完整精準的硫元素熒光光譜。同時，隨著技術水平的提高，還研發出可檢測礦石中鉀、鉛、鋅等元素含量的技術，對于鑒別礦石中有害物質具有積極意義。X射線熒光光譜檢測技術在原材料質量檢測中，還體現了快速、批量的特征。如現存的鐵合金粉末壓片X射線熒光光譜分析法、硅鐵、錳鐵、錳硅合金、硅鋁合金分析法、鐵合金熔融分析技術等，這些技術都對鐵礦石質量檢測帶來了更多優勢，為鋼鐵企業的發展及技術創新奠定堅實基礎[3]。

此外，隨著我國鐵礦石種類的增多，鋼鐵企業為迎合市場發展需求，加大了研究力度，針對螢石、電熔鎂砂、石灰石、冶金石灰、輕燒白云石、石英石、蛇紋石等檢測方法開展重點分析，以期能夠改善鐵礦石質量檢測水平，為生產和設計提供依據。

其次，過程產品檢測。過程產品包括燒結礦、鐵水等，傳統的檢測方式以化學分析法為主，雖然可了解主要元素存在情況，但相比于X射線熒光光譜分析技術還存在一些不足。為此，X射線熒光光譜分析技術逐漸取代化學分析法成為過程產品檢測的主要方式。之后在相應技術完善下，研發出粉末壓片發替代傳統的化學分析法，實現對燒結礦及燒結混合料元素的檢測。應用該技術后，檢測周期從原來的60分鐘縮短到幾分鐘，檢測效率大大提升。且利用該技術可一次性檢測到二氧化硫、氧化鈣、三氯代乙醇等9個元素。最后，高爐渣、鋼渣及其他雜料檢測。對這些材料的檢測應用的是粉末壓片X射線熒光分析技術、粉末壓片和熔融玻璃片X射線熒光技術、微量元素測定技術等，且取得了顯著效果。

2.2.2 耐火材料、土層與鋼等質量檢測

X射線熒光光譜檢測技術已經在鋼鐵企業內得到廣泛應用，性能也得到較大擴展，做到多種不同材料的質量檢測，拓寬技術應用范圍。如寶鋼利用該技術對耐火材料、鋁制硅質、鎂質耐火材料、鋁碳質耐火材料實行質量檢測，獲取完善的光譜線;鞍鋼、酒鋼利用該技術對錳礦中和不銹鋼中多元素含量進行檢測分析;攀鋼則利用該技術對低合金鋼中元素進行分析?，F階段，X射線熒光光譜檢測技術除被應用在常規材料元素檢測中外，在冷軋涂層、涂層原料、氧化鐵泥球、除塵灰、保護渣等成分分析中也具有顯著優勢。

3 X射線熒光光譜分析技術應用探討

3.1 光譜檢測儀器的選擇

鋼鐵企業目前應用的X射線熒光光譜分析儀以波長色散型為主，被分為多道同時型、掃描型和多道與掃描混合型這三種。

多道同時型檢測儀可針對固定元素開展檢測，具有成本低廉、檢測時間短，安裝和操作簡單等優勢，但由于僅限固定元素，使用范圍受限，掃描型檢測儀在科研和很多領域均有應用，該類型儀器可檢測和分析近百種元素，具有較強的定量、半定量分析功能，可適用于各種復雜情況下，確保檢測分析結果的精準性。不過該設備在使用中消耗成本較高，安裝軟件復雜性強;多道和掃描型檢測儀融合兩種模式的優點，用在實驗分析及項目研究中有著顯著效果。不過由于該類型檢測儀所需的搭配設備較多，在選用上需做到具體問題具體分析。X射線熒光光譜儀是由五部分構成的，即色散系統、激發系統、探測系統、控制系統和數據處理系統。

每個系統對應相關控制模塊，加快檢測和分析速度。目前生產制造X射線熒光光譜儀的企業較多，種類繁雜，在實際選用中需結合自身需求科學選型。需注意的是，長波色散性X射線熒光光譜儀在使用中，要配備穩壓電源、循環水冷卻裝置。

3.2 樣品制備及檢測方式確定

應用X射線熒光光譜分析技術時，需先做好樣品制備，科學選擇檢測樣品。對于鋼鐵企業來說，其存在的液體樣品較少，多是以固體樣品為主。而在固體樣品制備中，又以塊狀金屬樣品居多，如生鐵、鋼樣等，這類樣品在切削打磨后可直接應用，處理簡單，檢測分析效率較高，檢測結果準確性強。

鋼鐵企業在質量檢測中使用的方式方法為：一是破碎粉末壓片法。選取樣品要先進行破碎，檢查合格后，利用硼酸、鋁盒或聚酯對其實施嵌邊處理，處理后直接放到儀器制定位置內，開啟儀器，收集樣品X射線，獲得精準檢測結果。該方式具有操作簡單，檢測效率快有時，不過僅限于在同品種、同力度或具有相同礦物反應下進行，保證檢測結果準確性。因此，方式多數被應用在燒結礦或球團等材料檢測分析中。該方式在對原材料檢測分析上還需進一步探究，檢測結果有待商榷。二是高溫熔融玻璃片法。先將硼酸鹽溶液滴入到專業鍋具內實施高溫熔融處理，使其形成較薄的玻璃片，之后進行檢測分析。該方法在使用中，因材料不同，方式方法存在一些差異。如果材料為非還原性粉末樣品，直接高溫熔融處理，如果材料是還原性樣品，要在熔融過程中添加適量氧化劑，保證高溫熔融過程中不會對鍋具帶來較大影響。優勢為檢測結果精準度高，不存在其他不良反應。

綜上，X射線熒光光譜分析技術在鋼鐵企業中的應用，可快速提升質量檢測及數據分析效率，精確獲取檢測結果，這對于后續設計和生產工作起到推動作用，可為鋼鐵企業發展帶來新的機遇。

3.3 定量分析技術

如今，鋼鐵企業中X射線熒光光譜分析技術落實遵循的標準，以傳統標準曲線為主，在樣品選擇上會以標準曲線為依據，選擇相近或人工合成樣品，確保標準曲線的合理性，加強檢測工作效果。在使用X射線熒光光譜檢測技術時，雖然優勢較多，如操作簡單，干擾小等，但因譜線疊加或元素吸收的影響，獲得的標準曲線可能存在不準確性，在實際工作中，要采用合理的方式加以靈活調整，改善檢測結果。

最常見的調整方式為數學矯正法，分為影響系數法和基本參數法兩種。其中影響系數法又被分為經驗系數和理論影響兩類。經驗系數中主要對內控補償化學制和熒光值予以獲取，將兩組數值實施擬合處理，計算得出影響系數，利用影響系數對熒光分析結果實施校正處理，獲得最終精準檢測結果。理論影響利用SHERMAN方程構建數學模型，將元素間的關系以矩陣的方式呈現出來，之后在方程中計算元素間的增強吸收元素系數，再利用理論系數做出校正，得出最終數值。而固定道的分析一般以經驗系數和理論影響兩種方式為主，后者是先利用理論依據對熒光強度及物理常數和參數進行推算，之后再利用數學方程計算，最后利用數學校正法校正得出的參數值，確定最終結果。該方法在掃描型WDRXF中的應用最為廣泛，不僅可降低樣品采集數量，對樣品標準樣的要求也不高，只要條件合適，均能檢測出準確的數值參數，實用性較強。對于鋼鐵企業來說，上述兩種方法的應用解決了傳統檢測中大批量采樣帶來的麻煩，除了基本元素含量的掌握外，對非常規元素也有顯著作用，可加強檢測準確性。

4 結束語

希望通過上文的論述，從業人員可對X射線熒光光譜分析技術有所了解，并在日后工作中，加大對該技術的推廣和應用，結合時代發展特征及技術要求，不斷嘗試創新和優化，以期改善質量檢測效果，為行業前行提供助力。