X射线荧光光谱法测定铁矿石的化学成分

于 惠，吕 华

（天津天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

铁矿石作为一种重要的冶金工业基础原料，组分复杂（含Mg、Al、Si、P、S、Mn、Ti、Co、V、Cu、Ni等元素），且组分中微量元素P、S、Mn、Ti、V、Ni的含量对于钢铁的物理和化学性质都起着决定性作用，准确检测出这些微量元素的必要性可见一斑。传统的一些检测方法，诸如湿法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等，均可以实现对铁矿石主次元素的检测。在仪器设备快速发展的同时，X射线荧光光谱（XRF）应运而生，其检测效率更高，操作便捷，无损性和重现性均极佳，在多个行业中得到广泛应用[1]。本文采用X射线荧光光谱法测定了铁矿石中主次组分的含量。

1 实验部分

1.1 仪器及其工作参数

EDX3600BEDXRFSpectrometerX射线荧光光谱仪（江苏天瑞仪器股份有限公司）；ZHY401/601A型压样机和ZHM1型振动磨（北京中合创业科技发展有限责任公司）；HN101-3A型鼓风干燥箱（南通沪南科学仪器有限公司）。由于铁矿石中富含多种成分，为确保检测结果最佳，实验过程中，对于不同的检测元素均设定2个分析条件，具体见表1。

表1 铁矿石中各分析元素的测试条件

1.2 试剂

硼酸：纯度为99.9%（QUIBORAXS.a.公司）；无水乙醇：分析纯（江苏强盛化工有限公司）。

1.3 样品制备

首先将大约40g左右的样品称量出来，然后将其投放至振动研磨机之中，通过研磨和混合，使其成为200目（74μm）。紧接着，在已经研磨完毕的试样中，称取（5.0±0.1）g的样品，同时选取8.0g的硼酸来进行镶边垫底，并设置压片机的压力为30MPa和30s的制样时间，使其制备成为待测样品。用于校准的样品和待测的样品，均采用上述方法予以制备。同时仔细检查样片，确保其整洁光滑，万不可出现裂纹现象[2]。压制完毕后，将表面的浮渣等及时吹去，避免浮渣的存在而对最终的强度和浓度值检测结果产生不良影响。

2 测量结果与分析

2.1 样品粒度

由于待测样品本身的颗粒度、密度以及表面光滑、组分等均不一定完全一致，这就使得粒度影响十分显著。通常而言，在一定的范围之内，一定的波长的谱线强度和样品的颗粒度呈现的是反比的关系。也就是说，只要颗粒的尺寸足够的小，荧光的强度将位于一个相对较为稳定的状态中。颗粒度带来的效应，可以采取一定的额措施予以降低甚至是清除，诸如研磨样品，认真筛选，切实降低颗粒度等[3,4]。在该实验中，将样品进行180s的研磨之后，然后再借助不同目数的筛子进行筛选，最后对不同力度的样品的强度予以测定。将样品分别磨至120目（124μm）、150目（104μm）、180目（84μm）、200目（74μm）、220目（65μm）。例如Fe元素，针对不同粒度时其强度进行对比，结果可知，当样品的颗粒度逐渐降低，Fe元素反而呈现出愈加大的强度。将试样研磨至200目（74μm）时，Fe元素的强度值基本趋于稳定。因此实验选择过200目（74μm）筛的样品进行制备。

2.2 熔样条件

在实验时，将一定数量的无水四硼酸锂、无水碳酸锂、钴粉溶剂和NH4I脱模剂添加在其中，并依据1:20和1:10的比例进行稀释，稀释完毕后制作成为4个熔片。然后来测定Fe元素的强度，检测结果显示为0.245%和0.955%，可见，当稀释浓度为1:20的时候，其能够测定的强度相对更高。由此可知，选取Li2B4O7熔样，按照1:20的比例对其进行稀释，然后将NH4I和碳酸锂进行适量的添加，能够测试出来最为稳定的强度。当控制灼烧稳定在1050℃，且时间保持10Min，摇匀后再进行检测，能够取得更加稳定的检测结果。铁矿石产品种类繁多，具体选用的脱模剂也是不尽相同的。其中对于钒钛矿来说，需要添加4滴～6滴的NH4I溶液，而其他类型的则需要至少添加该溶液6-8滴。

2.3 工作曲线和基本校正

铁矿石元素在测定时也会受到矿物效应的影响，主要原因在于不同的铁矿石成品的组分含量以及矿物结构的差异性。特别是采购而来的铁矿石，其和实际生产的样品间的差异就十分显著。因此为确保得到更为准确的测定结果，在进行实际样品测试的时候，需要综合运用化学滴定法和ICP-AES法等来对其中含有的元素进行测定，最终构成一个具备一定梯度且能够对整个生产范围进行覆盖的铁矿石参考样品。同时构建铁矿石样品中元素强度和含量的校正曲线，借助Luscas-Tooth，Price经验系数法，来对曲线予以校正。具体到实践中，为应对多方因素对标准曲线的影响，需要定期监控高含量和低含量的样品，从而保障最终检测结果的精准性。

2.4 灼烧减量校正

不同的铁矿石的结构也不相同，在实验时，其也会产生不同的灼烧减量。我们知道，当将铁矿石样品制备成为熔片之后，其成分绝对量必然恒定，然其相对量却会出现一定的变化，这必然会对最终的检测结果产生影响，特别是对铁元素的检出，其影响是显而易见的。经过一系列实验后可知，当加大褐铁矿的灼烧减量，能够取得更高的检测结果；而钒钛铁矿取负的灼烧减量时，会获得较低的检测结果。可见，品种不同且含量不同的铁矿石，在对其样品测试时，需要按照灼烧量相近的原则来校正灼烧减量的系数，确保检测结果的准确性。

2.5 精密度

选取实验过程中样品的部分化学成分，来对其精密度进行分析，具体如表2所示。

表2 部分化学成分的精密度

为测定该实验方法的精密度检测效果，随机将其中一个样品进行熔融，然后制备成为10个熔片，运用X射线荧光光谱仪来测定这10个熔片的成分含量，收集相关数据后，精准计算各个成分含量的平均值、标准差和t倍标准偏差等。计算结果显示，测试的各成分的精密度均极好。

2.6 准确度

综合运用线性回归法来对样品各组分的测定值和标准值进行分析，文章利用X射线荧光光谱法来测定铁矿石中的各个化学组分，最终得到的测定结果如表3所示：

表3 样品中铁、硅、磷、钛、钙、镁的测定结果

综上所述，文章利用X射线荧光光谱法来对铁矿石中的化学成分进行检测，实验结果可知：①该检测方法步骤简单，检测效率较高，能够快速测定多个化学成分；②该检测方法测试出来的结果和化学法检测结果对比，无论是精密度还是准确度都极佳，完全达到了检测的目的和要求；③该检测方法检测时需要添加一定的试剂，而这些试剂均是无毒无害试剂，不会对环境产生污染，满足当前节能环保的时代发展潮流。