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基于X射线衍射法的精矿产品快速检测

发表时间：2021/4/16 来源：《中国科技信息》2021年5月作者：赵小英

[导读] 近些年，随着社会发展，带动了我国科学技术水平的进步。采用传统方法进行矿产品中有价元素及物相分析时需要消耗大量时间，难以满足矿产品快速交易需求。

来宾华锡冶炼有限公司（广西来宾546110）赵小英

摘要：近些年，随着社会发展，带动了我国科学技术水平的进步。采用传统方法进行矿产品中有价元素及物相分析时需要消耗大量时间，难以满足矿产品快速交易需求。以铜精矿、铅精矿、硫精矿样品作为分析对象，采用布鲁克D8ADVANCEX射线衍射仪，利用粉末衍射联合会国际数据中心(TCPDS－ICDD)提供的物质标准粉末衍射资料(PDF)及仪器自带数据分析系统，对样品的物相组成及元素进行半定量分析。
关键词：X射线衍射法;精矿;物相分析;有价元素;粒度
        引言：在实际生产活动当中，残余应力会使零部件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂，从而影响零部件的服役寿命。因此在一些生产实际中零部件残余应力的检测成为了一个重要的环节。X射线检测法具有理论严谨、方法成熟、测试简单高效、无损等特点，被广泛的运用于实际工程和实验测量中。然而在使用X射线衍射法进行残余应力测量时常会出现得到的应力值会与实际应力水平有或大或小的差别，即检测误差。关于X射线衍射法应力检测误差，国内外学者做了大量的研究:通过试验方法证明了背底的扣除、ε-sin2ψ拟合曲线上离散点的删除以及对焦距的调整都会一定程度地影响检测的结果。通过实验发现较长的曝光时间和适当的表面处理可以提高测试精度。
        1 X射线衍射法
        1．1样品
        实验选用铜精矿、铅精矿、硫精矿3种精矿作为分析对象。
        1．2仪器及条件
        德国布鲁克公司D8ADVANCEX射线衍射仪，其工作条件为:铜靶，测试电压40kV，测试电流40mA，发散狭缝1．0mm，索拉狭缝2°，接收狭缝0．2mm，采用连续扫描方式，闪烁计数器计数。为了尽量提高扫描分辨率，扫描速度为1°/min，步长0．02°，角度测试范围5°～80°。
        1．3样品测定
        为使精矿样品内矿物充分解离，将样品干燥、缩分，加工至－300目以下，在(105±5)℃下烘干2h，冷却至室温，备用。为了防止衍射峰的位置发生偏移，加入制样框中粉末样品的表面应尽量平整，且需保持与样品托的表面齐平。根据所测试样品要求，设置StartAngle(起始角)、StopAngle(终止角)、Scanspeed(扫描速度)等参数。
        2 X射线衍射法的精矿产品快速检测
        2.1不同准直管直径测量误差对比
        测量方法为同倾法，探测器为线性阵列探测器，步宽0．02mm、测量时间15s。ψ角个数为8个。准直管直径分别为1mm，2mm，3mm。根据处理后的数据做准直管直径测量误差对比如表1所示，误差值同样服从正态分布，即μ为误差均值，σ是标准差。分析表4中数据:1mm直径准直管应力测量的最大平均误差与最小平均误差差值为7.7MPa，测量误差均值10.1MPa，标准差为2.723;2mm直径准直管应力测量的最大平均误差与最小平均误差的差值为3.5MPa，测量误差均值为4.9MPa，平均误差的标准差为1.069;3mm直径准直管应力测量的最大平均误差与最小平均误差差值为6.2MPa，测量误差均值5.8MPa，平均误差的标准差为1.950。
        可以看出1mm的准直管的平均测量误差以及误差的标准差都比较大，相对于2mm准直管和3mm准直管来说，测量误差较大且误差波动明显。所以在满足衍射强度的情况下，应避免使用1mm准直管进行应力测量。
        2mm直径准直管和3mm直径准直管的6次平均测量误差较为相近，在数值上只相差0.9MPa。但是就误差的波动情况来说，3mm直径准直管的误差波动比2mm直径准直管的误差波动要明显一些。在理论上准直管直径越大，在应力测量时X射线照射的试样面积就越大，参与衍射的晶粒就会越多，从而测量值的波动就会越小，测量的数值就会更加稳定。对于DST-17型X射线应力仪来说，3mm直径准直管的平均测量误差大于2mm直径准直管的情况有待进一步研究。

         2.2硫酸盐中硫的测定
        称取1．0g试样于250mL烧杯中，加入100mL200g/LNa2SO3溶液，加热煮沸1h。用致密滤纸过滤，残渣用10g/LNa2CO3溶液洗涤8次，滤液置于400mL烧杯中，用水稀释至300mL，以甲基橙作为指示剂，用HCl(1+1)中和至红色再过量3mL，加热至沸，赶尽CO2，缓缓加入10mL10g/L的BaCl2·2H2O溶液，煮沸2～3min，放置过夜。用致密滤纸过滤，擦净烧杯，并用热水洗至无Cl－，将沉淀及滤纸转入瓷坩埚中，低温灰化后，于800℃灼烧30min，取出，冷却后称量，计算硫酸盐中的硫。BaSO4换算成硫的因数为0．1374。
        2.3线性阵列探测器和SDD探测器测量误差对比
        测量方法为同倾固定ψ法，使用线性阵列探测器时设置参数如下:测量时间3s、测量角度范围24°、峰位角155°、步宽0.02°;使用SDD探测器时设置参数如下:测量起始角度145°、终止角度165°、测量时间0.2s、步宽0.02°;准直管直径均为2mm。ψ角个数均为8个，角度分别是0°、16°、22°、28°、33°、37°、41°、45°。经数据处理后绘制不同探测器的测量误差对比表如表5所示，误差值服从正态分布，μ为误差均值，σ是标准差。从表2中的数据可以看出，线性阵列探测器的测量误差比SDD探测器的测量误差要大一些，线性阵列探测器的平均测量误差为10.8MPa，SDD探测器的平均测量误差为6.2MPa。但两种探测器的平均测量误差均在12MPa以内。线性阵列探测器的误差标准差是2.220，SDD探测器的误差标准差是2.422，两种探测器多次测量误差的标准差基本相近，说明在多次测量中探测器的类型对误差的波动没有太大影响。SDD探测器相比于线性阵列探测器来说测量误差较小的原因可能是:SDD探测器的电容较小，在收集等能量电荷的情况下具有更高的电压，拥有着较高的能量分辨率。

        在实际的测量中，上述测量条件下两种探测器的衍射图谱强度基本相同时SDD探测器完成一次测量的时间约为13.3min，而线性阵列探测器的测量时间为2min左右，SDD探测器测量时间要远远大于线性阵列探测器的测量时间。所以线性阵列探测器在应力测量时具有测量高效的特点。
        结语
        X射线衍射法是一种相对成熟的用于物相定性分析的技术，也是目前相态分析最有效和最常用的手段之一，通过将谱图中不同衍射峰组合与数据库中各个标准卡片进行对比，识别晶相，能够快速定量测定样品。通过与传统物相分析法及国家标准方法测定结果对比，X射线衍射法检测精矿产品物相及有价元素存在一定的局限性，但在一般矿产品交易及精矿产品买卖中可起到快速检测作用。
参考文献
［1］李建欣，宋党育，张军营，等．X射线衍射数据分析系统评价［J］．岩矿测试，2008，27(3):189－192．
［2］刘小舟．我国重要有色金属资源———铜矿的现状及展望［J］．西北地质，2007，40(1):83－88．
［3］刘全亨．高含量铅矿石中铅的测定［J］．化工管理，2016(17):226．
作者简介：
赵小英（1983-），女，瑶族，广西来宾人，助理工程师，本科，主要从事化验工作。