X射線熒光光譜法分析燒結(jié)礦中有害元素

太井超，殷宏，閆學(xué)會

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津300301）

X射線熒光光譜法分析燒結(jié)礦中有害元素

太井超，殷宏，閆學(xué)會

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津300301）

采用熔融制樣X射線熒光光譜法分析燒結(jié)礦中砷、鉛、鋅元素含量。采用硝酸鋰作為氧化劑，四硼酸鋰作為熔劑，飽和溴化鋰作為脫模劑，高溫熔融制樣；以不同含量的燒結(jié)礦標(biāo)準(zhǔn)樣品及有化學(xué)值的生產(chǎn)樣品作為校準(zhǔn)樣品，建立分析曲線，通過校正，測定樣品中的元素含量。該方法的測定結(jié)果與標(biāo)樣標(biāo)準(zhǔn)值及ICP法的測量結(jié)果一致，準(zhǔn)確度及精確度較高，能夠滿足生產(chǎn)需求。

X射線熒光光譜法；熔融制樣；燒結(jié)礦；有害元素

1　引言

為滿足鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排，降低生產(chǎn)成本的要求，鋼鐵廠對各種回收物料進(jìn)行綜合利用，通過配比使用不同的回收物，達(dá)到降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)利潤最大化的目的，這種形勢可以有效提高鋼鐵企業(yè)在同行業(yè)中的競爭力。物料繁雜會造成雜質(zhì)有害元素的引入，在生產(chǎn)中，在入爐的燒結(jié)礦中砷、鉛、鋅等元素對高爐的穩(wěn)定運(yùn)行及優(yōu)質(zhì)品種鋼對微量元素的要求具有重要影響。

在高爐冶煉過程中，來源于礦石中的砷可以全部進(jìn)入生鐵。在煉鋼過程中砷激怒鋼材也會產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，影響鋼材的焊接性能。鉛在冶煉過程中有一部分會以蒸汽形式逸出。由于鉛和鐵不生成固熔體，一般它是以微小的球狀形態(tài)而存在于鋼中，易發(fā)生偏析，對鋼的性質(zhì)有一定不良影響。鉛能降低鋼的塑性，降低鋼的沖擊值。鉛的密度大于鐵水的同時，又不溶解于鐵水，所以被還原出來的鉛會爐體的鐵水層以下沉積，慢慢滲入煉鋼爐體磚縫，從而破壞爐底磚，甚至使?fàn)t底砌磚浮起。鉛又極易揮發(fā)，在高爐上部形成氧化物，粘附于爐墻上，易引起結(jié)瘤。鋅在高爐內(nèi)循環(huán)富集嚴(yán)重影響高爐順行和熱制度穩(wěn)定。為了保證高爐的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)要求，必須采取快速有效的方法測量出砷、鉛、鋅等有害元素的含量，為生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)。

文獻(xiàn)資料中關(guān)于燒結(jié)礦微量有害元素的測定較少，通常我們只關(guān)注主量元素，但微量元素的測定結(jié)果對生產(chǎn)同樣重要。利用現(xiàn)有的x熒光分析儀，通過購買標(biāo)樣和化學(xué)法定值的樣品作為校準(zhǔn)用樣品，熔樣制樣分析，繪制分析曲線。得到的分析結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度能夠滿足實(shí)際需要，為工藝生產(chǎn)提供有效的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

2　實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

2.1儀器設(shè)備

Axios X熒光光譜儀（荷蘭PANalytica1公司PW4400）；RYL-02A型洛陽特耐試驗(yàn)設(shè)備有限公司熔樣機(jī)；震動研磨機(jī)，電子天平（精確到±0.000 1 g）。

2.2試劑

無水四硼酸鋰（分析純，X射線熒光專用）；硝酸鋰（分析純，105℃烘干2min）；溴化鋰飽和溶液（分析純）；氬-甲烷P10氣。

2.3儀器工作條件（見表1）

表1　儀器工作條件

3　實(shí)驗(yàn)過程

3.1熔融樣片的制備

樣品于105℃烘箱內(nèi)烘干2 h。準(zhǔn)確稱取1.000 0 g（精確到±0.000 1 g）硝酸鋰，0.600 0 g（精確到±0.000 1 g）樣品，9.000 0 g（精確到±0.000 1 g）四硼酸鋰置于鉑金坩堝中，將樣品與熔劑充分混合，再在樣品表面滴加6滴溴化鋰飽和溶液，再將稱好樣品的鉑金坩堝置于自動熔樣機(jī)上，進(jìn)行高溫熔融，于1 100℃溫度下熔融17 min（預(yù)融2 min、搖動熔融15 min），在坩堝中直接冷卻成型，待測。

3.2工作曲線繪制與樣品的測量

掃描建立工作曲線用標(biāo)準(zhǔn)樣品，確定測定角度、測定時間、PHD圖、背景干擾元素等條件。分別測定各標(biāo)準(zhǔn)樣品中的As、Pb、Zn元素的熒光強(qiáng)度，以元素含量為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制工作曲線并進(jìn)行背景校正，使用最小二乘法計(jì)算出線性回歸曲線方程，通過校正，測定樣品中的元素含量。

4　結(jié)果與討論

4.1實(shí)驗(yàn)條件選擇

4.1.1熔融條件

由于X射線熒光光譜法測定鐵礦石、燒結(jié)礦中各元素成分是一個非常成熟的方法，本方法在不改變其他測定條件的前提下，與常規(guī)熔樣方法相同，飽和溴化鋰溶液作為脫模劑，進(jìn)行熔樣。

4.1.2儀器條件

儀器其它元素的分析條件也采用常規(guī)燒結(jié)礦熔片的條件，Pb元素采用PbLβ譜線分析，其他譜線與As的譜線重疊，不好區(qū)分，容易帶來As的干擾和偏差。由于所測定的元素含量較低，且數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)中的日常監(jiān)控，因此不考慮干擾元素的校正。

4.1.3稀釋比

通過測量不同稀釋比下的熒光強(qiáng)度值，結(jié)合試驗(yàn)精密度以及其他元素進(jìn)行綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)采用1∶15作為熔樣稀釋比。

4.2標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇

用具有不同含量梯度的國家標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW（E）010206、YSBC11708-2008、GBW（E）010209、YSBC28778-2008及有化學(xué)值的生產(chǎn)樣品作為校準(zhǔn)樣品，熔融制樣后測定相應(yīng)元素的X射線熒光強(qiáng)度，并根據(jù)含量及對應(yīng)的X射線熒光強(qiáng)度進(jìn)行工作曲線的繪制。相應(yīng)元素含量見表2。

表2　建立曲線用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量/%

4.3精密度試驗(yàn)

按照確定的方法，對2個生產(chǎn)過程中的燒結(jié)礦樣品進(jìn)行分析，連續(xù)測定7次，結(jié)果見表3。

表3　測量結(jié)果的精密度/%，n=7

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本方法測定砷鉛鋅，由于含量低，分析值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差大，但方法分析的極差較小，也可以通過增加平行測定次數(shù)來減少偏差，以獲得良好的精密度。

4.4準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)本方法的準(zhǔn)確性，分別選取一種標(biāo)準(zhǔn)樣品，兩種燒結(jié)礦生產(chǎn)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)，我們采用本方法和ICP法對樣品中各元素進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。

表4　測量結(jié)果的準(zhǔn)確度/%

由表4結(jié)果可以看出，本方法的測定結(jié)果與標(biāo)樣標(biāo)準(zhǔn)值及ICP法的測量結(jié)果具有良好的一致性。本方法具有較高的準(zhǔn)確度，分析結(jié)果準(zhǔn)確性能夠滿足生產(chǎn)要求，在常規(guī)熒光分析中加入微量元素的測定通道，不影響原有元素的測定結(jié)果，實(shí)現(xiàn)同時快速分析。

5　結(jié)論

利用對比實(shí)驗(yàn)的方法對分析結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明兩種分析方法的數(shù)值無明顯差異。在實(shí)際高爐煉鐵生產(chǎn)中，能夠?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)的順行和成本的降低提供有效的數(shù)據(jù)支持。其準(zhǔn)確度、精密度能夠滿足生產(chǎn)要求。本方法用于測定燒結(jié)礦中的微量元素砷鉛鋅可用于指導(dǎo)生產(chǎn)，為高爐煉鐵提供有效的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

參考資料

［1］吉昂，陶光儀.X射線熒光光譜分析技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2002.

Determ ination of Harm ful Elements in Sinter Ore w ith X-ray Fluorescence Spectrometry

TAIJing-chao，YIN Hong and YAN Xue-hui
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

The content of arsenic，lead and Zinc in sinter ore was determined by melting sample preparation and X-ray fluorescence spectrometry.The sample was melted and prepared under high temperature with lithium nitrate as oxidizing agent，lithium tetraborate as solvent and saturated lithium bromide as release agent.Analysis curve was established with standard sample and production sample with chemical value from sinter ore with different contents as standard calibration sample tomeasure and determine the content of elements through calibration.The results given by thismethod were consistentwith standard sample values and those by ICPmethod.With high accuracy and precision，thismethod could meet production requirement.

X-ray fluorescence spectrometry；melting sample preparation；sinter ore；harmful element

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.017

2016-03-07

2016-04-07

太井超（1986—），男，工程師，主要從事X射線熒光光譜分析工作。