x射线荧光光谱仪测定烧结矿组分

张军，刘永利，孙浩

（1.天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县 056404；2.辽宁省有色地质局106队测试中心，沈阳 110032）

x射线荧光光谱仪测定烧结矿组分

张军1，刘永利2，孙浩1

（1.天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县 056404；2.辽宁省有色地质局106队测试中心，沈阳 110032）

叙述了应用x射线荧光光谱仪测定烧结矿中的TFe、CaO、MgO、SiO2、Al2O3、S。通过对其影响因素进行理论分析和试验研究，确定了最佳测定条件，有效满足了实验方法分析标准的要求。该方法具有快速、准确、精度高、成本低等优点，能及时为生产部门提供准确的参考依据，有力促进了炉况调剂，实现了高炉长周期稳定顺行。

x射线荧光光谱仪 硼酸镶边 衬底 压片 烧结矿

1 引言

面对世界经济回升乏力及原燃料供应的高度垄断，钢铁产品供大于求，原燃料供应相对紧张，原燃料价格维持高位的市场环境，天铁集团已不再追求传统的“精料方针”，而是着力实施“经济料方针”，在此背景下，原燃料质量下滑不可避免。如何在现有原燃料条件下，更好地发挥铁前系统对高炉的支撑作用成为摆在天铁面前的一项重大课题。

烧结矿作为天铁高炉炼铁的主要原料，其成分的准确控制直接影响到高炉的顺行和铁水的质量。因此，天铁以质量控制为核心，加大实验研究力度，实时进行各种原燃料和入炉矿石的实验评价，以此实现原燃料结构和炉料的动态调整，确保高炉生产稳定顺行。

2 对比分析

通常测定烧结矿各组分主要采用化学分析法，但该法的分析时间太长，劳动强度大，不能有效满足炼铁生产的需要。而采用x射线荧光光谱仪分析烧结矿中各组分，虽然采取熔片法制样能完全消除矿物效应和粒度效应，但制样太长，设备和熔剂的成本太高。采用压片法制样，不仅基本消除矿物效应和粒度效应的影响，而且实验结果较好，可满足生产工艺控制的要求。

一般情况下，元素特征x射线的强度和该元素在样品中的原子总数成一定的函数关系，进行校正后，我们可以求得该元素在样品中的百分含量。校正曲线法是通过测定标准样品的特征x射线强度，由标准样品含量值和强度可以求得工作曲线的系数，得到工作曲线方程。把未知样品的强度值代入方程，即可求出未知样品的百分含量，见图1。

图1 样品强度与含量的关系

常用曲线方程：W=aI+b，W=aI2+bI+c

其中，W为含量值；a、b、c为系数；I为特征x射线强度。

3 实验研究

3.1 仪器与测量条件

采用MXF-2400 X射线荧光光谱仪，端窗式薄窗口铹靶x射线管，具体测量条件见表1。

表1 仪器测量条件

研磨样品采用长春科光机电有限公司的ZM-D型振动磨样机，压片采用长春科光机电有限公司的YYJ-60-CK型压样机。

3.2 样品制备

炼铁厂按标准取样制样后，将试样送达炼铁化验室。称取50 g烧结矿粉末样，烘干后放入振动磨样机，研磨120 s。经过二次研磨后，试样过200目筛的通过率在98%以上，基本消除粒度效应的影响。取一定量的试样放入硼酸镶边衬底的模具内，加压力30 t，保压20 s，制成样片备用。

3.3 工作曲线的建立

选取26个烧结矿内控样（化学法定值）作为标样，按MXF-2400软件方法建立工作曲线。对工作曲线进行适当的调整和校正，得到最佳工作曲线，见表2。

表2 工作曲线参数表

3.4 基体校正

烧结矿中主要组成包含多种元素，内部产生的x荧光受基体元素的影响，因此强度改变了，这就是基体效应。一般分析情况下，如果元素的含量分布跨度比较小，可以不考虑基体效应的影响。校正过程本身是一个纯粹数学计算，和实际的物理过程还是有区别的，因此影响不大时不考虑基体效应的干扰。

3.5 漂移校正

随着时间的推移，温度的变化或者探测器状态的微小变化都会引起x射线强度缓慢的、小的变化。对于这样的变化，通常利用漂移校正进行解决，这种方法也称为标准化。作为标准化样品，应该是品质稳定不变的，它的x射线强度和实际样品比较一致。

因此我们选择一个含量合适的内控样作为标准化样品。由于烧结矿含量分布跨度比较小，在此采用一点校正法。

其中，a为校正系数；I`为作漂移校正时测得的标准化强度；I为登记的标准化样品基准强度。

3.6 检出限

根据IUPAC分光化学分析分会采纳的检出限定义，按照本方法的实验条件，烧结矿中各元素的检出限如表3所示。

表3 各元素的检出限/μg/g

检出限的计算公式为：

其中，Cl为检出限；m为灵敏度；I0为空白试样的计数率；t为空白试样的测量时间。

3.7 样品分析

将放置样片的样盒依次放在x荧光光谱仪的转盘上，在分析条件中选择烧结矿工作曲线，输入编号，点击开始分析。分析结束后计算机自动进行计算，将测量结果显示在屏幕上。

4 结果与讨论

4.1 制样需要考虑的因素

烧结矿样品中分析元素的荧光x射线强度和样品的粒度大小有关，在相同压力下，样品粒度越小，x射线强度越高。为了尽可能降低粒度效应的影响，我们对烧结矿样品经过二次研磨，使其粒度大于200目，基本消除了粒度效应的影响，使样品更均匀，更具有代表性。

粉末压片法中制样压力对元素的x射线测量强度有影响，即随着压力增加，强度提高，这种趋势逐渐趋缓，见图2。经过试验，当压片机压力设定在30 t，保压时间在20 s时效果最佳。

图2 粒度与压力的影响

样品的矿物效应也是荧光光谱仪分析粉末样品时的误差来源之一。为了消除矿物效应，在烧结矿中注重选择有代表性的样品，依照规范取制样，化学法测定含量值，制备了一批符合生产实际的烧结矿内部标样来制作工作曲线。

4.2 最佳工作电压的选择

x光管的工作电压要求至少大于4倍元素临界激发电位，由于分析元素原子序数均较小（最大Fe：25），故选择工作电压在40 kV。根据工作电压（kV）×工作电流（mA）≤额定功率的原则，采用较大的工作电流，荧光产额更大，分析的准确性更高，但又要考虑到保护x光管,不达到最大功率（4 kW），所以选择工作电流在90 mA。

4.3 PHD 的选择

脉冲高度分析（PHD）能够有效地降低噪音和滤除高次线的干扰，所以要对每个测量元素分别做PHD。选择该元素含量值最大的标样做PHD，根据谱线选择恰当的上下限。当检测器中填充氩气时，在谱线前有逃逸峰存在，注意不要漏掉逃逸峰，见图3。

图3 波高分布图

4.4 分析时间的选择

x荧光光谱仪将检测到的特征x射线强度通过工作曲线的函数关系计算出来，得到含量值。理论上激发时间越长，分析结果越准确。但是分析时间太长，不适应连续生产的需要。烧结矿分析项目均为其主、次组分，不测痕量元素。因此，分析时间达到一定时，测量结果十分接近。经过试验比对，分析时间在40 s即可提供准确可靠的数据。

4.5 成本考虑

采用PVC环压片，每个PVC环的价格为0.59元。采用熔片方法制样，消耗的熔剂和设备费用更高。而采用硼酸镶边压片，样片不仅能够满足荧光分析的要求，而且每个样片成本不足0.05元。因此在不影响分析准确性的前提下，选择硼酸镶边压片的方法就很好地满足了降本增效的目的。

4.6 精密度试验

任取一烧结矿试样，连续测量6次，测试结果见表4。

表4 测定结果的精密度

4.7 准确度试验

随机取5个烧结矿试样进行测量，其分析结果与化学分析结果对照，结果见表5。

表5 测定结果的准确度

5 结束语

通过对制样方法和仪器的各种分析条件的合理选择，采用本方法分析烧结矿，具有简单易操作、分析准确度高、精度高、分析时间短的特点，完全能够满足炼铁生产的需要，为高炉加强上下部调剂、优化炉料结构、稳定炉况、保持炉长周期稳定顺行提供了有力的技术支持。

Determination of Sinter Component by X-ray Fluorescent Spectrometer

Zhang Jun1,Liu Yongli2,Sun Hao1
(1.Technical Center,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China;2.Team 106 Testing Center,LiaoningNonferrousGeologyBureau,Shenyang, Liaoning Province 110032,China)

X-ray fluorescent spectrometer is utilized to measure Total Fe,CaO,MgO,SiO2,Al2O3and S contents in sinter ore.The authors carry out theoretic analysis,experiment and study on the influence factors to determine the best measurement conditions which well satisfy the requirement by testing method and analysis standard.This method,with advantages of fast speed,high accuracy and precision,and low cost,can provide accurate reference basis to production departments,which facilitates furnace condition adjustment.BF steady and smooth running in long cycle is achieved.

X-ray fluorescent spectrometer,boric acid edged substrate,pressed disc,sinter ore

张军，男，2006年7月毕业于辽宁工程技术大学测控技术与仪器专业，现天铁技术中心从事冶金分析工作。

（收稿 2012－03－27 编辑 崔建华）