硅石中杂质元素检测方案(波散型XRF)

SSL-CA20-623Excellence in Science Excellence in ScienceXRF-025 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD.- Analytical Applications CenterTel： 86(21)34193996Email： sshzyan@shimadzu.com.cnhttp：//www.shimadzu.com.cn X射线荧光光谱法测定硅石中杂质元素 XRF-025 摘要：本文利用岛津XRF-1800 波长色散X射线荧光光谱仪，采用玻璃熔片制样方法，测定了硅石中主要杂质元素。结果表明， Fez03、Al203、CaO、Kz0、Naz0、MnO、、TiO，等主要杂质元素标准曲线线性良好，相关系数r均在0.99以上。平行10次测定各组分 RSD 在10.0%以下，满足工业硅生产对硅石主要杂质成分的检测要求。 关键词：硅石X射线荧光玻璃熔片工业硅 硅石是脉石英、石英岩、石英砂岩的总称，主要用于冶金工业用的酸性耐火砖。纯硅石可作石英玻璃或提炼单晶硅，化学工业上用于制备硅化合物和硅酸盐，也可作硫酸塔的填充物，建材工业上用于玻璃、陶瓷、硅酸盐水泥等，冶炼工业上还可用作工业硅、硅铁等铁合金冶炼的原材料。 作为冶炼工业硅的原料，硅石的纯度直接关系到产品的级别，因此，，工业硅冶炼对硅石杂质的含量要求比较苛刻，通常硅石的主要杂质为 Fez03、Al03、Ca0、MgO、Kz0、Naz0、MnO、TiOz等。 硅石一般硬度较高，粘结性较差，荧光分析中采用粉末压片法比较困难， 在300MPa 的压力下直接压片，很难加压成型，无法获得满足荧光分析要求的有一定机械强度的样片。采用加入粘结剂的方式可以获得机械强度良好的样片，但是，加入粘结剂通常要求 实验部分 1.1仪器与试剂 波长色散X射线荧光光谱仪： XRF-1800 型； 全自动熔融制样机：TNRY-01型； 铂黄埚：材质95%Pt+5%Au，形状规格与熔样炉配套； 四硼酸锂：优级纯； 碳酸锂：优级纯； 脱模剂：30%碘化铵水溶液。 1.2分析条件 X荧光光谱仪条件： 光谱室温度：35℃ 光谱室环境：真空 粘结剂与样品一起研磨，，以保证粘结剂与样品充分混匀，研磨过程相对费时、费事，并可能会引入研磨材料的污染。另外，自然界中硅石有不同的结晶状态，采用粉末压片法分析时，由于结晶状态等矿物结构的差异会影响荧光强度，无法获得满意的分析结果。因此，硅石样品不太适合使用粉末压片法分析。为了获得满意的分析结果，我们进行了玻璃熔片制样方法实验，采用特殊熔剂与样品按一定比例混合，高温熔融并混合均匀，可以制备成良好的玻璃片。玻璃熔片法破坏了试样原有的矿物结构，使所有元素形成统一的玻璃体结构，适合荧光光谱准确定量分析，通过标样以及标样之间的配比，可以建立适合样品含量范围的工作曲线。实验证明工作曲线线性良好，方法可用于工业硅生产中硅石样品分析。 表 1 元素测定条件 元素 管电压 管电流 狭缝 晶体 检测器 PHA 背景 20 时间 Fe0s 40 kV 80 mA Std LiF SC 24-88 1BG 57.54 20 s Al0： 40 kV 80 mA Std PET FPC 25-75 1BG 144.68 20s CaO 40 kV 80mA Std LiF FPC 34-70 1BG 113.14 20s MgO 40 kV 80 mA Std TAP FPC 25-75 1BG 45.10 20s NazO 40 kV 80 mA Std TAP FPC 25-75 1BG 55.10 20 s K0 40 kV 80 mA Std LiF FPC 32-74 1BG 136.69 20s MnO 40 kV 80 mA Std LiF SC 18-80 1BG 62.97 20s TiO， 40 kV 80 mA Std LiF SC 24-80 1BG 86.14 20s 熔样炉条件： 熔样温度：1050℃ 熔样时间：720s 前静置时间：180s 后静置时间：10s 样品前处理 准确称取四硼酸锂 6.0000克、碳酸锂1.0000克、样品 1.0000克于铂黄埚中，混匀，加入脱模剂5滴，放入已恒温至1050℃的熔样炉中，启动熔样程序，熔样炉开始计时，自动完成熔融制样过程。计时结束，打开熔样炉，取出埚，放置于水平的耐火板上，自然冷却至室温，取出样片，编号备测。 结果与讨论 3.1工作曲线 按样品前处理方法制备所有标样，按设置好的仪器条件测定标准样品，元素强度将自动登记至分析组。所有标样测定完毕，按程序计算曲线，通常采用一次直线方程，由于杂质元素含量很低，样品间基体差异很小，通常不需要共存元素校正。典型元素工作曲线见图1 图1 元素工作曲线 3.2测量精度 同一样片按设置好的测定条件连续测定10次，计算标准偏差及相对标准偏差。数据见表 2。 表2 样品测试精度(%) 项目 Fez0： Al，O3 CaO MgO Naz0 K0 MnO TiOz Average 0.165 0.271 0.012 0.043 0.143 0.041 0.0054 0.011 SD 0.0010 0.0035 0.0006 0.0042 0.0088 0.0007 0.0003 0.0010 RSD(%) 0.6 1.3 5.1 9.8 6.1 1.8 5.6 8.6 3.3样品测试 按样品前处理方法制备生产样品的玻璃样片，用做好的工作曲线测量样片，测定结果见下表3。由测试数据可以看出，不同产地的硅石样品杂质含量有较大差异，所有测试结果均在工作曲线适用的含量范围之内，分析结果满足用户对生产样品检测的需求。 表3 样品测定结果 样品 Fe203 Al203 CaO MgO NazO K0 MnO TiO 产地1 0.013 0.099 0.023 0.026 0.080 0.015 0.003 0.002 产地2 0.034 0.114 0.611 0.392 0.047 0.008 0.004 0.001 产地3 0.071 0.102 0.008 0.017 0.034 0.017 0.008 N.D. 产地4 0.041 2.451 0.024 0.029 0.037 0.053 0.004 0.055 产地5 0.043 0.414 0.017 0.015 0.024 0.121 0.003 0.026 N.D. 为未检出 结论 本文利用岛津 XRF-1800 波长色散X射线荧光光谱仪，结合玻璃熔片制样方法，建立了硅石主要杂质成分分析方法。结果表明，标准曲线线性良好，相关系数均在0.99以上，样品测定精度良好， RSD 均在10.0%以下，该方法可用于工业硅生产中硅石样品杂质元素分析。 岛津应用云 本文利用岛津XRF-1800波长色散X射线荧光光谱仪，结合玻璃熔片制样方法，建立了硅石主要杂质成分分析方法。结果表明，标准曲线线性良好，相关系数均在0.99以上，样品测定精度良好，RSD均在10.0%以下，该方法可用于工业硅生产中硅石样品杂质元素分析。