烧结矿中FeO含量检测方案(X射线衍射仪)

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SSL-CA19-127Excellence in Science Excellence in ScienceXRD-023 http：//www.shimadzu.com.cn上海市徐汇区宜州路180号B2栋咨询电话：021-34193996Hotline： 021-34193996 X射线衍射内标法测定烧结矿中 FeO含量 XRD-023 摘要：烧结矿作为高炉炼铁的主要原料，其中的 FeO 含量是重要的质量指标之一。本文根据X射线衍射内标法定量分析原理，选用萤石 CaF，作为内标物质，以固定的质量分数掺入到 FeO 含量已知的系列烧结矿标准样品中，利用岛津X射线衍射仪进行分析，制作工作曲线，并对方法的定量准确度进行了讨论。 关键词：烧结矿 FeO定量X射线衍射岛津 铁矿石粉矿经过磁选、重选去除部分杂质后，混入石灰、焦炭粉等，在烧结炉中烧结成型，破碎、筛分后成为供高炉冶炼的烧结矿。烧结矿作为高炉炼铁的主要原料，其中的 FeO含量是重要的质量指标之一。FeO含量的高低对烧结矿的冶金性能有很大影响：两价铁含量过低，则烧结矿的强度低，进入高炉后容易粉化，堵塞风路，影响冶炼，降低高炉的利用系数；两价铁含量过高，烧结矿的强度虽然提高，但是在高炉中难以还原为铁，需要消耗更多的焦炭，增大了焦比，增加了成本。因此需要严格控制烧结矿中两价铁的含量；不同原料、工艺和设备条件下， FeO 含量的适宜控制，是烧结工作者长期以来十分关注的问题。 检测烧结矿矿 FeO含量常用的方法有两种。一是“看火法”，即由看火工在烧结机尾对烧结饼断面直观观察，然后凭经验对烧结矿中 FeO 含量作出判断，给出FeO含量范围；二是化学分析法，一般是用盐酸溶样后，再利用重铬酸钾直接滴定。看火法存在很大的人为主观因素，测量误差大；化学分析法操作步骤繁琐、分析速度慢、对分析人员操作水平要求高。 X射线衍射仪 (XRD) 是一种应用广泛的结构分析手段，除了能够对多晶样品进行物相定性分析，还可以利用衍射峰强度对各物相含量进行定量。 衍射峰强度与物相含量之间的关系可由下式表示： I实验部分 1.1仪器 岛津X射线衍射仪XRD7000 式中： 一试样中j相衍射峰的积分强度；K-与相含量无关的常数项； W一试样中j相的质量分数； (可/p)-试样的平均质量吸收系数； 对多相样品而言，各个物相对X射线的吸收各不相同，当某个相的含量发生变化时，会改变样品的平均质量吸收系数(证/p)。换言之，由于吸收的影响，某一待测相的衍射峰强度与该相的质量分数并不是简单的线性关系。为消除上述质量吸收系数以及每次测试时装样量不一致的影响，通常可以采用“内标法”，即在试样中掺入含量恒定的内标物质s， 混合均匀后制成一系列复合试样；测量各复合试样的待测相j与内标物质s的衍射峰强度l、l，则两者强度之比l/ls与j相含量W之间满足线性关系，据此制作以Ⅰ/l，为纵坐标、以W为横坐标的定标曲线，即可对试样中的j相的含量进行定量。 本文选用烧结结容易获取且成本低廉的萤石 CaF，作为内标物质，以10%的质量分数掺入已知 FeO 含量的系列烧结矿标准样品中，制作工作曲线，并对方法的定量准确性进行了讨论。 1.2分析条件 表1测试参数 仪 器 ：XRD-7000 发 散 狭 缝： 1° 激 发 源： CuKa，入=0.15406 nm 防散射狭缝： 1° 单 色 化：石墨单色器 接 收 狭 缝： 0.3mm 管压/管流： 40kV/40mA 步长/ 时间：：1 0.02°/6s 扫描模式： 步进扫描0/20 (Step-scan) 角 度 范 围： 5-100° 1.3样品及处理 取某烧结厂提供的一系列经化学分析法对FeO 含量定值的烧结矿样品，利用玛瑙研钵研磨至手捻无颗粒感；使用电子天平分别精确确量1.8g烧结矿样品及0.2g萤石纯相样品，用玛瑙研钵研磨混匀，取适量装入铝制样品池，轻轻压平后上机测试 结果与讨论 2.1衍射谱图 图1为不同FeO含量的烧结矿样品衍射谱图叠加，样品出峰角度基本一致，表明该系列烧结矿样品物相组成基本相同。 图1不同 FeO 含量烧结矿样品衍射谱图叠加 2.2物相定性分析 以 FeO 含量为9.99%的烧结矿样品为例进行物相定性分析，结果如图2所示。 图2 FeO含量为9.99%的烧结矿样品物相定性结果 由图2物相定性分析结果可知，该系列烧结烧样品含有磁铁矿Fe04、赤铁矿Fez0s及复合氧化物Ca，Siz(FeAl)18036等物相，并没有独立存在的 FeO物相。其中赤铁矿 Fez03及复合氧化物 Ca，Siz(FeAl)18036中，Fe均为+3价，只有磁铁矿 Fe04(若以简单氧化物形式可表示为 FeO·Fe，0s) 中存在FeO， 因此，仅就本文所述的系列烧结矿样品而言，可以用Fe：04衍射峰强度来表征样品中 FeO 含量高低。 图3为作为内标物质的萤石衍射谱图，由图3可见，衍射峰峰形尖锐，表明结晶良好；物相定性结果表明，其为纯相的萤石 CaF2， 未检出其之杂质相。 2Theta(deg 图3萤石衍射谱图及物相定性 2.3定量谱峰的选择 由图2可见， Feg04的(311)面衍射峰是其最强峰，，但是其明显受到赤铁矿Fez0s及复合氧化物CasSiz(FeAl)18036衍射峰的严重重叠干扰，而 Fe30a 的(400)峰强度较强，同时受到的重叠干扰较小。 图4烧结矿样品 (FeO9.99%))与萤石衍射谱图叠加 图4为烧结矿样品 (FeO 含量为9.99%)与萤石纯品谱图叠加。依据图2及图4可知，选取未受其它衍射峰重叠干扰的 Fe304(400)面衍射峰与萤石 CaFz(220)面衍射峰作为分析对象较为合理。 2.4校准曲线的建立 为消除多相样品的平均质量吸收系数(可p)以及测试时装样量的影响，按1.3小节所述方法，在系列烧结矿样品中掺入萤石 CaF，作为内标物质。 以掺入萤石 CaF，纯品后的混合样品的两衍射峰强度之比 IFe，， (400)/lcaF， (220) 作为纵坐标，以原烧结矿样品化学分析法测定的FeO 含量为坐坐标，建立工作曲线；图5为掺入萤石后系列烧结矿样品衍射谱图叠加，图6 为工作曲线。 图5掺入萤石后系列烧结矿样品衍射谱图叠加 图6工作曲线 由图6可见，工作曲线线性线佳，交据曲线拟合出的线性方程为1/Is=0.04256 C-0.0015， 其中Ⅰ/I为混合样品的两衍射峰强度之比 IFe：o， (400)/lcaF； (220)， C；为原烧结矿样品中的 FeO含量。根据此工作曲线及拟合方程，即可对其它烧结矿样品中的 FeO 含量进行定量。 2.5方法准确性验证 利用该工作曲线，对对烧结矿厂家提供的另一组经化学定值的烧结矿样品(FeO含量为8.02%))以同样方法掺入萤石后进行定量测试，图7为该掺入内标后混合样品三次重复取样、装样、测试的衍射谱图叠加，表2为定量结果。 图7烧结结样品 (FeO含量8.02%)掺入萤石后重复测试衍射谱图叠加 表2方法准确性验证 化学分析法含量 测试含量 绝对误差 测试1 8.02% 7.71% -0.31% 测试2 8.02% 7.81% -0.21% 测试3 8.02% 7.60% -0.42% 由表1数据可见，同一样品重复3次测试后，定量结果绝对误差基本±0.5%以内。 ■结论 本文利用岛津X射线衍射仪对烧结矿进行了物相分析，确认了其中FeO仅以磁铁矿 Fe04形式存在；使用内标法建立了烧结矿中FeO 含量的工作曲线，工作曲线线性良好；并对方法准确度进行了验证。此方法可供烧结矿厂家对同一类型烧结矿样品进行快速定量时使用。 岛津企业管理(中国)有限公司分析中心Shimadzu(China)CO.，LTD. Analytical Applications Center Building B2， No.180 Yizhou Road， Shanghai 本文利用岛津X射线衍射仪对烧结矿进行了物相分析，确认了其中FeO仅以磁铁矿Fe3O4形式存在；使用内标法建立了烧结矿中FeO含量的工作曲线，工作曲线线性良好；并对方法准确度进行了验证。此方法可供烧结矿厂家对同一类型烧结矿样品进行快速定量时使用。