采用 EDXRF 快速可靠的測(cè)試鐵礦石壓片樣品

Introduction  簡(jiǎn)介

由于鋼鐵工業(yè)對(duì)鐵礦石的高需求，使之成為當(dāng)今社會(huì)重要的商品之一。然而鐵礦石中的一些成分會(huì)干擾生產(chǎn)過(guò)程或者對(duì)終產(chǎn)品的性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面作用。因此，監(jiān)控鐵礦石的化學(xué)成分不僅對(duì)煉鋼過(guò)程控制有重要作用，也有助于優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的熔爐加料工藝。在鐵礦石樣品中，一些元素是必須被監(jiān)控的。除了主含量元素 Fe，還有 Si, Ti, Ca, Mg, Mn, Al, 和 P 元素也需要關(guān)注。即使這些元素的含量非常低，但對(duì)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程和成品質(zhì)量有著顯著的影響。礦石開(kāi)采時(shí)的過(guò)程控制經(jīng)常需要快速獲取化學(xué)成分含量結(jié)果，因此從采樣到出結(jié)果之間的時(shí)間越短越好。

基于這個(gè)原因，本報(bào)告所測(cè)得的鐵礦石樣品已制成壓片狀態(tài)。相比于熔片制備，這種方法大大簡(jiǎn)化和縮短了樣品制備時(shí)間，這意味著在樣品采集后，能夠更快得到結(jié)果。

Instrumentation  儀器

能量色散 x 射線熒光光譜法(EDXRF)是這類采礦應(yīng)用的完美分析技術(shù)。S2 PUMA 是一款簡(jiǎn)單易用的臺(tái)式設(shè)備，配備XFlash ® 硅漂移探測(cè)器 (SDD) 和 Pd 靶 X 射線管。將樣品進(jìn)行壓片處理可以在不同的分析條件下進(jìn)行測(cè)試。因此，測(cè)量室可以使用空氣或氦氣氣氛，也可以采用可選配的真空模式。如果需要測(cè)量輕質(zhì)元素，如本報(bào)告中的 Mg 或者 P，空氣會(huì)吸收大量的低能輻射，因此不應(yīng)使用空氣氣氛，而氦氣克服了這個(gè)問(wèn)題。然而，氦氣價(jià)格的上漲和潛在的當(dāng)?shù)毓?yīng)問(wèn)題意味著每個(gè)樣品的測(cè)試成本要高得多，即使氦氣用量不大的情況下。 因此，在空氣或氦氣下進(jìn)行測(cè)試都會(huì)有一些不足之處。真空模式為所有元素提供了的測(cè)量條件，并使每個(gè)樣品的測(cè)試成本降到低。S2 PUMA 可以配備真空泵，因此該儀器能夠以低的成本提供的分析結(jié)果。

Sample preparation  樣品制備

本報(bào)告測(cè)試了鐵礦石樣品中受關(guān)注的主量元素和微量元素，能夠快速簡(jiǎn)單的對(duì)采礦過(guò)程進(jìn)行質(zhì)控。稱取 10 g 的鐵礦石樣品粉末和粘合劑，在 150kN 的壓力下壓制成片。

Measurement parameters  測(cè)試參數(shù)

定義了 2 個(gè)測(cè)試條件。 對(duì)管電流進(jìn)行了優(yōu)化和固定，以獲得各元素的大計(jì)數(shù)率。表 1 顯示了詳細(xì)的測(cè)量參數(shù)。所有測(cè)量均在真空條件下進(jìn)行。

表 1: 不同元素的測(cè)試參數(shù)

Calibration  校準(zhǔn)

采用了一套 18 個(gè)標(biāo)樣對(duì) Fe、P、Mn、Si、Al、Ti、Ca、Mg 和 Cl 進(jìn)行工作曲線校準(zhǔn)。該套標(biāo)樣的含量結(jié)果已經(jīng)過(guò)其他方

法的驗(yàn)證。表 2 顯示了用于校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)曲線的不同鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)品的濃度范圍。

表 2: 用于鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度范圍

表 2 也給出了不同元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差。標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)是對(duì)校準(zhǔn)精度的一種度量。 表 2 中的低 SD 值顯示了該儀器的高性能。圖 1 和 2 分別顯示了 Fe 和 Mn 的校準(zhǔn)曲線。

圖 1: Fe 的標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖 2: Mn標(biāo)準(zhǔn)曲線

為了獲得更好的結(jié)果，標(biāo)樣需要與待測(cè)樣品的礦物性質(zhì)相匹配。如果沒(méi)有合適的標(biāo)樣， 可將礦山樣品消解并通過(guò)其他方法

定值，配合此定值結(jié)果，再將樣品進(jìn)行壓片，既可成為采礦現(xiàn)場(chǎng)的日常分析校準(zhǔn)用的二次標(biāo)樣。

Results  結(jié)果

本儀器的精密度通過(guò)重復(fù)測(cè)試相同鐵礦石樣品 10 次得到驗(yàn)證。每次測(cè)量，樣品都有放入測(cè)量室和從測(cè)量室移出。

表 3 給出了 10 次重復(fù)性測(cè)試的結(jié)果，并對(duì)鐵礦石樣品進(jìn)行了精密度和準(zhǔn)確度測(cè)試。

表 3: 鐵礦石樣品 10 次重復(fù)性測(cè)試結(jié)果

圖 3 顯示了一個(gè)鐵礦石樣品的 SiO 2 測(cè)量的重復(fù)性。紅線表示測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差許可范圍?？稍趦x器軟件中給每個(gè)元素定義此閾值。如果待測(cè)樣品的結(jié)果不在此范圍內(nèi)，會(huì)立即顯示出來(lái)。這就解放了操作員的工作時(shí)間，使他可以把精力集中在過(guò)程控制上。

圖 3: 典型鐵礦石樣品中SiO2的重復(fù)性測(cè)試

Conclusion  結(jié)論

數(shù)據(jù)表明，配備 XFlash® detector 的 EDXRF S2 PUMA 具有優(yōu)異的性

能。通過(guò)一套 18 個(gè)標(biāo)樣，可以測(cè)試鐵礦石中的 9 種重要元素。采用壓片

法制備樣品簡(jiǎn)單、快速。 因此，可避免耗時(shí)的制備步驟，從而直接向采

礦過(guò)程控制提供分析反饋。此報(bào)告顯示出的高精準(zhǔn)度表明 S2 PUMA 是鐵

礦石化學(xué)成分監(jiān)測(cè)的理想方法。

Authors

Dr. Soodabeh Durali-Müller, Frank Portala, Bruker AXS, Karlsruhe,

Germany

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