菱鎂礦是一種碳酸鎂礦物，它是鎂的主要來源。主要用于耐火材料、建材原料、化工原料和提煉金屬鎂和鎂化合物等。煉鋼過程中作為熔渣起到脫碳、磷、硫，去除氧化物和非金屬夾雜等積極的作用[1]。
菱鎂礦主要成分為碳酸鎂，其純度和質(zhì)量控制離不開對SiO2、CaO、MgO等各組分的分析測定。目前菱鎂礦中常見組分的定量分析通常采用滴定法和比色法，但這些方法操作程序繁雜，分析周期長，分析誤差也較大，為生產(chǎn)帶來不便。X射線熒光光譜法是元素分析方法中最為有效的方法之一。可以測定原子序數(shù)5以上的所有元素，并可以同時檢測，是一種快速、精密度高的分析方法，廣泛用于金屬、合金、礦物、環(huán)境保護、外空探索等各個領域[2]。本方法通過熔融制樣、燒損量校正、基體效應校正等實驗，采用熔劑大比例稀釋，消除了樣品粒度、密度和成分不均勻性等的影響，確定了熔融制樣，X射線熒光光譜法分析菱鎂礦中成分的可行性。通過方法的精密度和準確度實驗，證明所得分析結(jié)果可以滿足菱鎂礦中常見組分快速分析的要求，更好地服務于生產(chǎn)。
1. 實驗部分
1.1 主要儀器和器皿
X射線熒光光譜儀；高頻熔樣機；鉑黃坩堝：質(zhì)量分數(shù)Pt 95%，Au 5%；鍋體大小滿足高頻熔樣機要求，鍋底直徑大小滿足X射線熒光光譜儀要求；電子天平：感量0.1 mg；馬弗爐；瓷坩堝容積：30 mL。
1.2 主要試劑
分析中除另有說明，僅使用認可的分析純試劑和蒸餾水或與其純度相當?shù)乃粺o水四硼酸鋰；溴化鋰溶液300 g/L。
1.3 實驗方法
1）稱取1.0000 g試樣，精確至0.0001 g。將試樣置于瓷坩堝中，放于1050±50 °C的馬弗爐中灼燒60 min，取出瓷坩堝，冷卻至室溫，稱量灰分的質(zhì)量。
2）稱取灼燒后的灰分0.4000±0.0002 g，置于一個已稱取5.0000±0.0002 g無水四硼酸鋰的瓷鍋中，攪拌均勻。然后倒入鉑黃坩堝中，加入適量的溴化鋰溶液，放入高頻熔樣機中。
3）設置熔樣模式：加熱時間240 s，加熱溫度1100 °C，熔融時間360 s，熔融溫度1100 °C，自冷時間70 s，風冷時間300 s。必須保證試樣熔融均勻完全，樣片完整無裂紋。
4）選擇設置的模式，開始熔樣，熔樣完畢，取下，冷卻完全。
5）分析試樣前先分析標樣，檢查曲線是否漂移，標樣結(jié)果與標準值比較在允差范圍之內(nèi)對樣品進行分析；標樣結(jié)果與標準值比較超出允差范圍需對工作曲線進行校正，校正后再分析標樣。分析結(jié)束后記錄結(jié)果。
1.4 工作曲線的繪制
選擇菱鎂石成分含量有一定梯度的標樣，按上述實驗方法操作，在X射線熒光光譜儀上選擇合適的條件進行分析，繪制菱鎂礦工作曲線。
1.5 結(jié)果計算
按下式計算二氧化硅、氧化鈣和氧化鎂質(zhì)量分數(shù)：
2. 結(jié)果與討論
2.1 制樣方法
X射線熒光光譜法的制樣通常有熔融和壓片兩種方法，二者的優(yōu)缺點見表1。根據(jù)二者特點，結(jié)合實際生產(chǎn)需要，本方法選擇熔融法制備樣品。
2.2 熔劑的選擇
為使試樣和熔劑在高溫熔融時能較好地形成共融體玻璃樣片，通常選用Li2B4O7，Li2B4O7+LiBO2或H3BO3+Li2CO3混合熔劑體系。本實驗采用不同體系按實驗方法熔片分別進行了實驗，實驗結(jié)果及現(xiàn)象如表2。根據(jù)實驗結(jié)果本方法選擇Li2B4O7熔劑體系熔樣。
2.3 樣品與熔劑比例的選擇
在X射線熒光光譜法分析中，熔劑大比例稀釋是克服基體效應影響的有效方式之一[3]，樣品與熔劑采用不同比例稀釋，消除基體效應和得到熔片的效果不同，本實驗采用樣品與Li2B4O7熔劑質(zhì)量比例分別為1∶5～1∶20按上文實驗方法熔片，采用1∶5的稀釋比例熔樣，無法形成熒光分析可以使用的透明玻璃體樣片；采用1∶8的稀釋比例熔樣，能形成玻璃體，但偶有少量的粥絮狀夾雜，制樣重復性差；采用1∶10以上的稀釋比例都能形成較好的玻璃體，可以滿足制樣精度要求，但稀釋比例的增大會降低低含量組分的測量靈敏度。因此，本實驗選擇1∶12.5。即稱取0.4 g樣品，加5 g熔劑熔融。
2.4 熔融制樣的溫度和時間
本實驗確定了以四硼酸鋰為熔劑熔融制備樣品，該熔劑的熔點為930 °C，實驗中發(fā)現(xiàn)：在一般化驗室條件下，樣品達到熔化時，熔融爐的實際溫度為1000 °C以上，需要時間約150 s。若將樣品完全熔融并徹底混勻，溫度為1050 °C左右、需時間450 s以上。通過實驗得出：未達到熔劑及試樣的融解溫度，即使加長時間也無法達到完全熔融的液態(tài)；只要達到熔解溫度，隨著熔融時間的增加，熔片的質(zhì)量和重現(xiàn)性均有改善，當完全熔融混勻后，再延長融制時間，熔片的重現(xiàn)性無明顯改善，僅是時間和能源的消耗，在保證樣品完全熔融的狀態(tài)下，溫度越高所需要的熔融時間越短。所以，本實驗確定了在1100 °C下，加熱時間240 s，熔融時間360 s。
2.5 燒損量的校正
采用玻璃熔片X射線熒光光譜法檢驗各種礦石及輔料過程中，燒損量會影響檢驗結(jié)果的精密度，燒損量越大對檢驗結(jié)果精密度影響越大，經(jīng)過實驗，菱鎂礦的燒損量較大，一般在50%左右，試樣處理雖采用了大比例稀釋熔融，但對結(jié)果仍有影響。用鎂石標樣427，采用燒損和未燒損兩種方法，其它步驟按照實驗方法進行了實驗，具體結(jié)果見表3。
由實驗結(jié)果可知，預先進行灼燒，對試樣進行燒損處理結(jié)果重現(xiàn)性好，極差小，標準偏差和相對標準偏差均較小，說明通過燒損校正能大大提高檢驗結(jié)果的精密度。所以本實驗選擇測定前對樣品進行灼燒
2.6 基體干擾的消除
采用熔劑大比例稀釋熔融制樣，可降低熒光分析固有的基體增強吸收效應，但由于樣品中不同成分質(zhì)量分數(shù)的差異較大、跨度較寬，元素間的增強吸收效應不能通過稀釋熔融樣品來完全消除，必須進行基體校正，本方法選擇經(jīng)驗系數(shù)校正法、理論值校正法對曲線進行校正，進一步有效地消除樣品的增強吸收效應、相態(tài)和礦物效應。
2.7 精密度和準確度實驗
選擇兩個菱鎂礦樣品和一個鎂石標準樣品，每個樣品平行分析9次，分析結(jié)果及精密度見表4。選擇5個菱鎂礦試樣，分別采用化學分析法、X射線熒光光譜法進行比較分析，鎂石標樣427用X射線熒光光譜法進行分析，結(jié)果與標準值比較，結(jié)果見表5。
按照《GB/T5069—2015鎂鋁系耐火材料化學分析方法》的允差要求[4]，SiO2質(zhì)量分數(shù)為1%～2%，允差為0.10%，SiO2質(zhì)量分數(shù)為2%～5%，允差為0.20%，CaO質(zhì)量分數(shù)為2%～5%，允差為0.20%，MgO質(zhì)量分數(shù)為30%～60%，允差為0.60%。由表4和表5可以看出本方法的精密度和準確性均比較高完全能達到甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的化學濕法檢驗，且分析結(jié)果與標準值比較一致。
3. 結(jié)論
本文采用試樣燒損后熔融法制樣，以標準物質(zhì)為參照物建立工作曲線，建立了用X射線熒光光譜法測定菱鎂礦中SiO2、CaO、MgO含量方法。通過精密度實驗，與化學分析方法進行對照實驗，與常規(guī)的化學分析方法相比較具有分析精度高，準確度高、穩(wěn)定性好、操作簡單、易掌握、測定速度快的優(yōu)點。可提高分析效率，降低測定成本，更好地服務生產(chǎn)。
參考文獻
[1]張芳. 轉(zhuǎn)爐煉鋼500問. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2009
[2]武漢大學. 分析化學(第五版)下冊. 北京: 高等教育出版社, 2006
[3]夏玉宇. 化驗員實用手冊. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2005
[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標準化管理委員會. GB/T5069—2015鎂鋁系耐火材料化學分析方法. 北京: 中國標準出版社, 2017
文章來源——金屬世界
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