粉末压片-X射线荧光光谱法测定铁矿石中氧化钾、氧化钠和硫

樊 鑫，赵艳兵

(1. 太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室，山西 太原 030003；2. 山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心，山西 太原 030003)

铁矿石中主、次成分的含量对评价铁矿石质量以及后续冶炼十分重要[1]。铁矿石中氧化钾、氧化钠和硫属于有害杂质成分，会导致高炉技术指标下滑，影响高炉生产[2-3]，因此对铁矿石中氧化钾、氧化钠和硫的快速、准确测定十分必要。目前，铁矿石中硫多采用高频感应红外线吸收法测定；氧化钾、氧化钠多采用原子吸收法(AAS)和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)等[4]，这些方法需要不同的试样前处理技术和不同的仪器测定，操作复杂。X射线荧光光谱法可以多元素同时测定，且测定范围较宽，现已广泛应用于铁矿石分析[5-10]。本文采用X射线荧光光谱法，通过选择合适的压片机的压力、保压时间、样品粒度，获得最佳的制样条件，建立一种快速、准确分析铁矿石中氧化钾、氧化钠和硫含量的方法，缩短分析周期，满足生产要求。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

ARL 9900 X射线荧光光谱仪，瑞士 ARL，OXSAS 操作软件；SM-1型振动研磨机，丹东北方科学仪器有限公司；YY-600实验室压片机，南京和澳自动化科技有限公司。

铁矿石标准样品：YSBC 19709-2000、YSBC 19710-2000、YSBC 19708-2000，攀钢；W 88306a、GBW 07218a、W-88302、W-88304、W-88307b，武钢；93-34、93-35，山东；GSBH 30003-97，冶金工业部；GSB03-2022-2006、GSB03-2024-2006、GSB03-2025-2006、 GSB03-2026-2006，山冶。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备

将试样用研磨机研磨过200目(74 μm)筛后，在压力20 MPa条件下保压30 s，制成用于分析的样片，取下后用洗耳球吹干净表面，检查是否有裂纹、斑点等，并在背面标记样号。

1.2.2 分析条件

将制备好的分析样片放入光谱仪中，对每个测定元素进行PHD检测，确定最佳的背景点。将仪器的管压设为50 kV，管流设为50 mA ，各元素均使用Kα1，2分析线。优化后的分析条件见第68页表1所示。

1.2.3 校准曲线建立

根据生产试样的含量范围，选择合适的铁矿石标样绘制曲线。利用X射线荧光光谱仪，通过OXSAS软件，测定铁矿石中氧化钾、氧化钠、硫组分的强度，利用强度和含量回归校准曲线(见第68页表2)。

表1 各元素分析条件

表2 线性范围和相关系数

2 结果及讨论

2.1 压片机压力

同一铁矿石试样，分别在10、15、20、25 MPa的压力条件下，各压一个片，在荧光仪上测量强度，结果见表3。通过表3可以看出，当压片机压力超过20 MPa后，铁矿石中氧化钾、氧化钠、硫组分的强度变化不明显，故压片机压力选定为20 MPa。

表3 压片的压力试验

2.2 保压时间

将压片机的保压时间分别设定为10、20、30、40 s，取同一铁矿石试样，各制得一块样片，测量其强度，结果见表4。通过表4可以看出，当压片机保压时间超过30 s后，铁矿石中氧化钾、氧化钠、硫组分的强度变化不明显，故压片机保压时间选定为30 s。

表4 保压时间试验

2.3 样品粒度的影响

粉末压片-X射线荧光光谱法分析中，样品粒度是影响光谱强度准确测定的一个重要因素，因此考察了样品粒度对分析结果的影响。

选取一个铁矿石试样，研磨至100目(149 μm，下同)，混匀后均分为5份，将其中4份分别用玛瑙研钵研磨至140目(106 μm，下同)、180目(90 μm，下同)、200目(74 μm，下同)和300目(48 μm，下同)，得到不同粒度的粉末样品，每份样品按照2.1、2.2条件制备样片，测定荧光强度。结果见表5。

表5 样品粒度对荧光强度的影响

从表5可以看到：当粒度在200目以上时，粒度影响区别较小，所以把标样和试样的粒度均控制在200目左右。

2.4 精密度实验

按照实验方法，对同一个铁矿石试样随机压制11个样片，并进行测量，检测结果如表6所示。

表6 精密度试验结果

通过表6可以看出，本方法测量精密度较好，能满足生产分析要求。

2.5 准确度实验

用未参加校准的铁矿石标准样品GBW 07223a、W-88306、93-37来判断本方法的准确度，测量结果见表7所示。

表7 正确度试验结果

表7结果显示，这三个标准样品的测量值与标准值吻合良好，均在误差允许范围内，可满足日常检验要求。

3 结论

本文建立了粉末压片-X射线荧光光谱法测定铁矿石中氧化钾、氧化钠和硫含量的方法。采用本方法检测大批量采购的铁矿石，可缩短分析周期，节约检测成本，提高分析效率，满足钢铁厂日常生产要求。