X 荧光光谱法测定高炉瓦斯灰成分的研究
陈丽霞
四川省科源工程技术测试中心，四川 成都 610091
摘要：通过高温灼烧去除高炉瓦斯灰中的游离碳，试样用硼酸包边压制成型，采用ICP 光谱法定值过的标准试样建立标准曲线进行测试，基体效应采用经验系数校正。建立了X 射线荧光光谱（XRF ）对高炉瓦斯灰中CaO 、SiO2、Al2O3、Pb 、Zn 的测定方法。本方法与等离子体发射光谱法（ICP-AES ）比较结果满意。 关键词：X 荧光；压片；高炉瓦斯灰 中图分类号：TG115.33 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)46-0072-02
引言
高炉瓦斯灰是高炉在炼铁过程中随高炉煤气（又称瓦斯）一起排放出的原燃料的粉尘以及高温区激烈反应而产生的微粒。由于高炉瓦斯灰存在粒度细、密度小等特点，作为废料排放将造成环境污染。高炉瓦斯灰的合理利用问题是钢铁企业迫切需要解决的课题之一，也是环境保护工作的重要内容之一。
目前高炉瓦斯灰主要分析方法可采用化学法、原子吸收光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法等，这些方法共同的缺点是试样处理相对烦琐，速度慢，成本高。本文采用粉末压片X 射线荧光光谱法准确、快速测定了高炉瓦斯灰中的主次量元素。
1 实验部分 1.1 仪器设备
波长色散X 射线荧光光谱仪（Axios-mAx ，荷兰帕纳科），端窗铑靶X 射线管（功率4kW ）；氩甲烷（Ar/CH4）混合气体，混合比为9：1；电子天平（BSA224S ，赛多利斯），感量为0.1mg ；粉末压片机（ZHY-601A ，北京众合），最高压力60吨；箱式高温炉（ZXL2000，鹤壁智胜），炉温最高可达1000℃。
1.2 测量条件
采用4kW 端窗铑靶X 射线管，真空光路，管压40kV ，管流90mA ，计数时间40s ，P10气出口压力为0.075MPa 。
1.3 实验方法
称取试样约3g ，在压片机上以约8g 硼酸镶边垫底压制成饼样；其压制条件为：压力30t ，加压时间20s ；压制成直径为38mm 的圆片。制备好的样饼检查其外观无裂纹、试样无脱落等现象后用吸耳球吹净样饼表面粉尘，于X 荧光仪上测定。
2 结果与讨论
2.1 标准样品的选择和制作
将收集到的50个高炉瓦斯灰试样，采用硼酸包边压制成型，在X 荧光仪上进行superq 半定量扫描，然后，根据扫描结果，优选出各元素含量成梯度的一系列样品，作为标准样品，采用ICP-AES 法进行定值。每个试样进行10次检测，统计分析后，取平均值作为该试样的标准值。
2.2 样品制备条件的选择 2.2.1 灼烧温度的选择
由于高炉瓦斯灰中碳含量较高，一般在5%～25%，用ICP-AES 法定值时，对结果影响较大，需进行灼烧处理。为了防止瓦斯灰中Zn 等元素在高温时挥发，通过实验，选择出最佳的灼烧温度。固定灼烧时间，改变灼烧温度，进行样品中碳含量的测定。实验结果见表1。
550℃作为灼烧温度。
2.2.2 最佳灼烧时间的选择 72 2015年46期
为确定最佳灼烧时间，设置灼烧温度为550℃，任选取两个瓦斯灰原样，按1、2、3、4、5、6h 进行灼烧，然后制成饼样在X 荧光仪上进行检测，以Ca 、Si 、Al 、Pb 、Zn 的含量为代表确定最佳灼烧时间。实验结果见图1。
从图1可看出，两个样品的CaO 含量在各灼烧时间上基本未发生变化，SiO2、Al2O3、Pb 、Zn 等含量则发生较明显的变化：前两个元素含量呈上升趋势，后两个元素含量呈下降趋势，但在4～5h 时基本不变化。由此，结合灼烧温度试验，选择最佳灼烧时间为5h 。
图1 最佳灼烧时间试验
2.2.3 各元素测量条件的选择
本文研究所使用的检测仪器为波长色散X 射线荧光光谱仪，依据仪器的测量条件对Ca 、Si 、Al 、Pb 、Zn 等元素进行检测。试验后确定的各元素测量条件见表2。同时还建立了Mg 、Mn 、Ti 、Sn 、K 、P 、Bi 等元素的测量条件。
F150269 F150268
XRF 法 ICP 法 相对偏差% XRF 法 ICP 法 相对偏差% XRF 法
F151045
ICP 法 相对偏差% XRF 法
F151106
ICP 法 相对偏差% XRF 法
F151107
ICP 法 相对偏差%
8.65 8.72 0.40 7.53 7.61 0.53
13.43 4.53 13.29 4.63 0.52
1.09
0.155 6.26 0.161 6.18 1.90
0.64
10.25 3.74 10.18 3.68 0.34
0.81
0.106 3.95 0.109 3.94 1.40
0.13
将标准样品压制成型后在X 荧光仪上建立Ca 、Si 、Al 、Pb 、Zn 等主量元素的标准工作曲线。
2.2.5 精密度试验
选择一个试样，按实验方法制成饼样，在已绘制好的工作曲线上进行5次重复检测，通过测量各元素的荧光计数率，得到各元素的测量值，结果见表3。
11.25 16，19 5.82 11.15 16.23 5.89 0.45 5.54 5.48 0.54 3.49 3.37 1.75
0.12 7.32 7.34 0.14 5.66 5.64 0.18
0.60 2.83 2.85 0.35 2.05 2.11 1.44
0.948 9.48 0.954 9.48 0.32
0.00
0.305 13.29 0.301 13.32 0.66
0.11
0.627 2.56 0.631 2.58 0.32
0.39
度高，相对标准偏差（标准偏差与平均值的比值）均小于0.6%，证明该方法对高炉瓦斯灰的检测稳定性较好，符合检测质量要求。
2.2.6 方法比对试验
在已绘制好的工作曲线上，按照选定好的条件，对5份高炉瓦斯灰试样用X 荧光仪进行检测，然后与ICP-AES 法的检测结果进行比对，比对的结果见表5。
表5 方法比对试验结果表
样品编号
含量（%）
检测方法
CaO
SiO2
Al2O3 Pb
Zn
从表5的比对结果看，总体比对结果良好，两种方法测定各元素的相对偏差均小于2%，说明XRF 法检测结果准确可靠，能够满足瓦斯灰成分中主次量元素的检测需要。
3 结论
本文采用ICP-AES 法定值制作标准样品，XRF 法进行检测，提高了检测的准确性；在工作曲线的校正中采用了经验系数法的校正模式，减少了元素间的吸收增强效应，实现了快速进行高炉瓦斯灰的多元素分析，取得了良好的效果。
参考文献
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4 结语
面对高速发展的社会和人民日益增长的需求，社会对公路部门的要求更高，干线公路养护的标准更高，养护任务更加艰巨。随着我国经济、社会的快速发展，人们对干线公路的养护要求越来越高，如何在新的发展形势下做好干线公路的日常养护工作，是广大干线公路养护管理单位或者企业必须解决的问题。
参考文献
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