X射线荧光光谱法分析石油焦中元素含量

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依据《SH/T 0934-2016 石油焦中痕量金属元素的测定波长色散X射线荧光光谱法》以及《YS/T 63.16-2019 铝用炭素材料检测方法第16部分 微量元素的测定X射线荧光光谱分析方法》规定，使用岛津多道同时型X射线荧光光谱仪MXF-N3 Plus建立工作条件分析了石油焦中Fe、Ca、Si、Na、Ni、V、S元素含量。实验结果表明，该方法工作曲线线性良好，分析速度快，方法准确度高，稳定性好，无需化学前处理，不产生化学污染。SSL-CA23-182Excellence in Science Excellence in ScienceMXF-039 X 射线荧光光谱法分析石油焦中元素含量 MXF-039 摘要：依据《SH/T 0934-2016石油焦中痕 量 金属元素的 测 定波长色散×射 线荧光光谱法》规定的对生石油焦、煅烧石油焦中元素的分析要求；以及 《YS/T 63.16-2019 铝用炭 素 材料检测方法第16部分微量元素 的 测定X射 线荧光光谱分析方法》规定的石油焦、煅后石油焦、预焙烧阳极中相关元 素 的分析要求，使用岛津多道同时 型 X 射线荧光光谱仪 MXF -N3 Plus 建立 工 作条件，分析石油焦中Fe 、Ca、Si、Na、Ni、V、S 元 素 含量。实验结果表明，分析结果完全优 于 标准要求。该方法操作简单，分析速度快，无 需 化学前处理，对环境友好。 关键词：：多道同时型X射线荧光光谱仪 MXF -N3 Plus 石油焦 技术特点： 心 MXF -N3 plus 对石油焦中所有 元 素同 时 快速分析，重复性优 于 标准要求。 ◇方法操作简 单 ，分析速度快，准确度高，无需化学前处理，对环境友好。 石油焦 (Petroleum coke) 是原油经蒸馏将轻重质 油分离后，重质油再经热裂 的 过程转化而成的产品，从 外观 上 看，石油焦为形状不规则，大小不一的黑色块状 (或颗粒)，有金属光泽，焦炭的颗粒具多孔隙结构，主 要的元素组成为碳，占有80%以上，含氢1.5%-8%，其余的为 氧 、氮、硫和金属元素。 石油焦具有其特有的物理、化学性质及机械性质。不挥发性碳，挥发物和矿物杂质(硫、金属化合物、水、灰等)决定焦炭的化学性质。物理性质中孔隙度及密度，决定焦炭的反应能力和热物理性质。颗粒组成、加工方 式、硬度、耐磨 性 、强度和其他机械特性决定其机械性质。 石油焦可视其质量而用于制石墨、冶炼和化工等 实验部分 1.1仪器及试剂 波长色散X射线荧光光谱仪： MXF-N3 Plus 振动研磨机： ZHM-1B 型 卡 样 机： ZHY-601A 型 ■实验部分 1.2分析条件 元素 测 定分析条件如表1。 工业。低硫、优质的熟焦主要用于制造超高功率石墨电 极和某些特种炭素制品；在炼钢工业中是发展电炉炼钢 新技术的重要材料 。中硫、普通的熟焦，大量用于炼铝。高硫、普通的生焦，则用 于 化工生产，如制造电石、碳 化硅等，也有作为金属铸 造 等用的燃料。 传统化学法逐渐被X射线荧光光谱法所取代。MXF 分析法具有 可 测元素范围 广 、浓 度 范围宽，具有快速、准确 、操作简单、保护环境等优点，已广泛用于多个行 业 的分析检测。 本方法采用压片法制样，在多道同时型X射线荧光 光谱仪 MXF-N3Plus 上建立元素工作 曲 线后进行分析。 图1 MXF-N3 Plus 表1 元素测定 分 析条件 元素 分析 谱线 电压 /kV 电流 /mA 分光晶体 探测器 PHA 20 测量时间 /s Fe Ka 40 70 LiF Ar Multitron 20-105 57.506 Ca Ka 40 70 LiF Ne Multitron 40-135 113.110 Si Ka 40 70 PET Ne Exatron(Be) 20-130 108.930 Na Ka 40 70 SX-13 Ne Exatron(Al) 25-120 22.896 共 40s Ni Ka 40 70 LiF Ar Multitron 15-100 48.662 V Ka 40 70 LiF Ar Multitron 15-110 76.938 S Ka 40 70 NaCl Ne Exatron(Be) 15-130 144.540 样品前处理 将样品在110±5°C烘干2h后冷却至室温，称 取 12.0000 g样品和2.0000g硬酯酸混匀，于碳化 钨研钵中研磨20s，结块时用勺子压碎，取约5g样 品压片待分析。 图2压片样品 ■结果与讨论 3.1标准样品 本方法选用石科院石油变标准物质，按照设定的分析条件 制 作 工 作曲线。 表2石油焦标样 浓 度结果(ug/g) 标样 Ca Fe Si Na Ni V S 5COKE1 1100 320 410 245 100 26 0.73x10* 5COKE2 26 106 102 182 185 28 1.05x10° 5COKE3 33 200 120 33 228 109 1.08x10* 5COKE4 79 110 280 21 172 245 1.94x10* 5COKE5 30 76 298 57 265 521 3.55x10 3.2工作曲线 按本方法条件建立工作曲线，曲线线性良好，元素分析线性范围宽，适用性广。元素曲线如图3。 图3 元素工作曲线 3.3重复性 试 验 选用石油焦标样5COKE1 作为验证样，按照标准规定动态 测 试2次，统计两次结果的绝对差值，绝对差值在 标准规定的允许范围以内。 表3石 油 焦标样5COKE1 的方法 精 度 试验结果 (ug/g) 项目 Fe Ca Si Na Ni V S 第一次结果 318.00 1106.24 418.13 275.40 101.70 23.15 0.72x10° 第二次结果 317.74 1111.30 412.3 259.68 101.94 23.83 0.72x10* 重复性r 0.26 5.06 5.83 15.72 0.23 0.68 0.00 标准要求r <16.00 <27.00 <24.00 <25.00 <5.00 <4.00 <0.03 说明 ：参 照 《YS/T 63.16-2019铝用炭素 材料检 测方法第16部分微 量元 素的 测 定X射线荧光光谱分析方法》重复 性r为两次结果的绝对差值。 3.4准确度试验 选用实际生 产 石 油 焦样品作为验证样，动态测试2次取平均值，两次结果的绝对差值在标准规定的允许范围 以内，平均值 与 化学分析结果接近。 表4 生产石油焦样方法准确度试验结果 (ug/g) 样品 项目 Fe Ca Si Na Ni V S 样品1 第一次 93.48 40.15 239.32 39.92 173.43 111.14 2.08x10* 第二次 94.07 40.36 234.52 41.12 174.54 111.76 2.08x10* 平均值 93.77 40.25 236.92 40.52 173.99 111.45 2.08x10* 参考值 93.82 40.18 236.88 40.48 174.11 112.48 2.07x104 样品2 第一次 Fe 87.95 306.23 55.65 128.22 111.9 2.40x10* 第二次 93.48 88.44 302.36 50.87 128.61 112.66 2.40x10* 平均值 94.07 88.19 304.30 53.26 128.42 112.28 2.40x10* 参考值 93.77 88.17 304.25 52.28 128.49 113.34 2.39x10* 说 明 ：说明：参考值依照《ASTM D5600 用电感耦 合 等离子原子发射 光 谱法分析石油焦 中 痕 量 金 属含 量 的试验方 法 (ICP - AES) 》标准方法进行定量 分 析。 结论 依据 《SH/T 0934-2016石 油焦中痕量金属元 素 的测定波长色散X射线荧光光谱法》以及 《YS/T 63.16-2019 铝 用炭素材料检测方法第16部分微量元素的测定X射线荧光光谱分析方法》规定，使用岛津多道同时型X射线荧 光光谱仪 MXF-N3 Plus 建 立 工作条件分析了石油焦 中 Fe、Ca、Si、Na、Ni、V、S元素含量。实验结果表明，该 方法工作曲线线性良好，分析速度快，方法准确度高，稳定性好，无 需 化学前处理，不产生化学污染。 岛津应用云