粉末压片制样-X射线荧光光谱(XRF)法测定钛铁矿中TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量

卜兆杰　王晓旋　黄健强　陶泽秀　寇德翔

(1 兰州兰石检测技术有限公司，兰州 730314； 2 甘肃省机械材料表征与安全评价工程实验室，兰州 730314； 3 甘肃省高端铸锻件工程技术研究中心，兰州 730314)

前言

钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，又称钛磁铁矿，是提炼钛的主要矿石。由于其中钛含量高，而钛又易水解或易形成难溶的偏钛酸析出，常给分析带来很大的困难[1-2]。钛铁矿通常采用化学法、原子吸收光谱法分析，试样处理繁琐，需分离干扰元素，分析速度慢，成本高[3-9]。随着X射线荧光光谱分析技术的发展[10-13]，其在地矿分析中的应用也增多，但是利用粉末压片制样X射线荧光光谱分析钛铁矿的报道很少。袁家义等[14]提出了用Li2B4O7及Li2CO3混合熔剂熔融试样，X射线荧光光谱法测定钛铁矿中主次量组分的方法，对主、次量组分方法精密度(RSD，n=10)为0.20%～9.1%。采用粉末压片法制样，X射线荧光光谱分析钛铁矿中的TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO含量。通过研磨解决了粉末颗粒性效应问题，并利用不同产地的质控样品制作工作曲线，确认本方法受矿物效应的影响不大，并选择合适的测量条件制作工作曲线，直接测定钛铁矿中TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO，较好地解决了这一相对复杂的分析问题。这样，不但可以降低检测成本，缩短分析周期，还能最大地消除化学前处理中的人为因素，提高测定的准确度及可靠性。

1　实验部分

1.1　仪器与试剂

AxiosPW4400型X射线荧光光谱仪(荷兰帕纳科公司)，功率4 kW，铑靶铍端窗X射线光管；振动研磨机ZHM-1(北京众合创业科技发展有限责任公司)；ZHY-401压样机(北京众合创业科技发展有限责任公司)；微晶纤维素[(C6H10O5)n，分析纯]；硬脂酸[C18H36O2，分析纯]；硼酸[H3BO3，分析纯]。

1.2　仪器工作条件

X射线荧光光谱仪工作功率3 kW、P10气体流量控制在1.0 L/h，室内温度为20～23 ℃。

1.3　标准试样

质控样品在(105±3) ℃干燥2 h后置于干燥器备用，绘制工作曲线各组分见表1。

表1　绘制校准曲线用样品及各组分含量

1.4　分析方法

称取7.000 0 g已烘干的钛铁矿样品，2.000 0 g微晶纤维素，0.200 0 g硬脂酸，放入碳化钨振动磨中，研磨120 s，倒出，在3 000 MPa压力下保压30 s，用适量硼酸垫底，制成有一定厚度的光谱平整的压片样。用洗耳球吹去表面杂质后把样品放入荧光仪Φ27 mm样品杯中，用塑料压环固定好。选择Super Q程序，进行测定。

2　结果与讨论

2.1　谱线和测量参数的选择

把光谱仪的各项参数调整到分析元素的最佳值。表2为钛铁矿各组分仪器分析条件。

表2　分析元素测定条件

2.2　基体效应

基体效应是荧光分析中引起误差的主要原因之一。帕纳克公司的Super Q软件采用综合数学校正公式进行校正：

Ci=Di-∑LimZm+EiRi

式中：Ci为校准样品中分析元素i的含量，%；Di为元素i的校准曲线截距；Li为干扰元素m对分析元素谱线重叠干扰校正系数；Zm为干扰元素m的

计数率；Ei为分析元素校准曲线斜率；Ri为分析元素的计数率；ZjZk为共存元素的含量，%；N为共存元素的数目；α、β、δ、γ为校正基体效应的因子；i为分析元素；J和K为共存元素。

2.3　粒度影响及矿物影响

粒度影响为测量元素的X射线荧光强度随着粒度变小而增加。选择两个钛铁矿试样分别与粘合剂放入振动磨中，研磨时间分别为30、60、90、120、150、200 s，并通过425、250、180、125、106、53 μm筛过筛，并按实验方法进行实验，对钛铁矿中主含量TiO2进行测定。结果发现，粒度大于74 μm时，其对荧光分析的影响可以忽略。测定结果见表3。

表3　不同粒度的钛铁矿样品中钛测定值对比

矿物效应：由于所进原料的产地不同，如果各地矿物结构差异大，各种物料之间的矿物效应也将对分析结果产生影响。采取不同产地的标准样品及生产用样品制作工作曲线，工作曲线线性满意，说明此法基本不受矿物效应的影响。曲线的校准参数见表4。

表4　各组分校准曲线的参数

2.4　样品成形实验

下照式X射线荧光仪，其X光管在样品下方，如果样品压片不结实，单薄，在测定过程中，很可能破碎直接威胁到光管安全。经过多次实验验证，确定用2.0 g微晶纤维素，0.2 g硬脂酸，并用硼酸衬底，在3 000 MPa压力下保压30 s，压制出的样品结实、均匀光滑，具有代表性。

2.5　样品分析结果对比

按测定方法，随机选取4份钛铁矿(来自1四川、2云南、3广西、4甘肃)的样品，通过用《钛铁矿精矿化学分析标准》(YS/T 360.2—2011)分析结果与X射线荧光光谱法分析结果进行比对，结果与标准分析法分析结果基本吻合，满足允许偏差要求。见表5。

2.6　方法的精密度

采用本方法对一生产样品重复测量10次，将分析结果进行统计，相对标准偏差在3.6%以内，方法精密度较好，结果见表6。

表6　方法精密度实验结果

3　结语

选用不同产地的钛铁矿质控样品制作工作曲线，采用粉末压片制样，并进行相应的基体校正及元素间相互干扰的校正，建立了X射线荧光光谱法快速测定钛铁矿中TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO含量的方法。样品中的各元素含量与化学法分析结果一致，精密度控制在3.6%以内，精密度、准确度及稳定性能满足生产质量检测要求。

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