EDXRF法对铝土矿中铝元素的定量分析-辽宁化工2022年01期

摘      要：本文提出了一种应用能量色散X射线荧光光谱分析法（EDXRF）测定铝土矿中铝元素含量的新方法。采用间接测量的方法，将目标元素铝经过一系列化学反应转换成氯化银沉淀，并对沉淀进行洗涤、过滤与干燥，应用EDXRF测定样品中的银元素含量，根据生成物化学式中铝元素与银元素的化学数量比计算得到样品中铝元素的含量。本文还针对银元素的最佳激发条件进行了探究，通过计算银元素特征谱线峰背比绘制其与激发条件的关系曲线，得到银元素的最佳管电压为32 kV，最佳管电流为

12 μА。测量结果铝土矿中铝元素的含量为29.26%，相对标准偏差为0.25%，，与熔铸玻璃片法检测分析结果相一致。

关  键  词：铝土矿;铝元素;EDXRF法

中图分类号：TQ012    文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（20202022）0×1-00000142-0×4

引言

铝土矿是生产金属铝的主要原料，是工业炼铝的主要矿石来源，它的用途主要是作耐火材料，研磨材料，化学制品及高铝水泥的原料^[1]。近年来，随着我国铝工业的发展和铝元素在生活中多个领域的广泛应用，促使我国铝土矿的需求与日俱增。然而，我国铝土矿资源种类繁多，品位级别不同，而在制铝工业的技术方面要针对不同级别的铝土矿采取不同的提炼技术，否则，会造成高投资，高能耗，低质量的结果^[2]。所以，准确的分析出铝土矿中铝元素含量对铝工业生产有着重要的意义和经济价值。

目前铝土矿中铝元素的测量方法主要分为化学法和物理法两大类。化学方法主要包括重量法、容量法^[3]。这些化学方法测量的准确度较高，但是分析周期长，操作过程繁琐^[4]，对实验人员的技术要求较高;物理法主要有分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、X射线荧光光谱法等^[5]。其中波长色散X射线荧光光谱法（WDXRF）探测效率较好，但仪器本身较为精密庞大且价格昂贵，携带不方便且在经济上不占优势。能量色散X射线荧光光谱法（EDXRF），具有分析速度快、节省人力和材料、操作简便、精度高等特点而被广泛应用^[6]。但在测定轻元素（原子序数Z<20）时，由于轻元素的激发效率低，同时存在谱线间吸收-增强效应和能量相近谱线重叠等问题，使得该仪器对轻元素测量效果并不理想^[7-9]。

因此，寻找一种更方便、准确度更高的测量铝土矿中铝元素含量的方法更为必要。基于EDXRF原理，本文采用间接测量的方法，将铝土矿样品中的低原子序数铝元素转换成中等原子序数银元素，通过对银元素的测量及化学数量关系，计算出样品中铝元素的含量。

1  实验部分

1.1  实验原理

a：铝土矿中主要成分为SiO₂ 、Al₂O₃、Fe₂O₃以及钙钾氧化物和少量金属杂质。将1 g铝土矿粉末溶于90%浓硫酸中，固液质量比为1∶：5，加热至220 ℃，磁力搅拌反应1 h小时。

b：此时，溶液中主要含有硫酸铝、硫酸铁，沉淀中主要为二氧化硅及少量酸性不溶物。加蒸馏水稀释，再加入20%的碳酸氢铵溶液至pH=9左右，此时溶液中的Al³⁺和Fe³⁺均以沉淀的形式析出，80 ℃水浴加热，恒温50 min分钟。

c：将沉淀过滤干燥后再放入马弗炉中煅烧，使Al（OH）₃和Fe（OH）₃完全转化为Al₂O₃和Fe₂O₃，收集沉淀放入烧杯中，加入适量蒸馏水后，逐滴加入稀盐酸至pH=6-～7， 再加硝酸银溶液，使氯离子均以氯化银沉淀形式析出。收集沉淀称其质量。

d：将沉淀压片后用EDXRF仪测量，将结果带入定标曲线算出银元素含量，此含量是由样品中铝铁俩元素共同转化来的，记为Y₁。

e： 取1 g铝土矿粉末，操作与a、b过程相同，只是在b过程中加20%碳酸氢铵溶液至溶液pH=4左右，此时溶液中的铁离子以沉淀形式析出，而铝元素则以离子的形式继续留在溶液中。接下来的操作与c、d过程相同。此时得到的银元素含量为铁元素转化来的，记为Y₂。

g： 将Y₁和Y₂分别带入定标曲线，求出对应银元素含量为W₁和W₂，W₁-W₂的值为样品中由铝元素转化的银元素的含量，通过数量关系计算银元素质量M_Ag、铝元素质量M_Al和矿土中铝元素质量分数W_Al。

1.2  样品制备

1.2.1  待测样品制备

待测样品1：制作方法同实验原理a-c过程，从该沉淀中取0.5 g置于手动压片机中，压力大小设置为6 MPa、压片时间为5 min分钟，将粉末沉淀制成圆片样品，装入密封袋编号待测。

待测样品2：同实验原理e过程，取0.5 g沉淀进行压片处理，与待测样品1操作条件相同，压片后装入密封袋编号待测。

1.2.2  标准样品制备

为保证实验结果的准确性，自制一组标准样品。取1 g铝土矿粉末，加入90%浓硫酸，置于磁力搅拌器中搅拌，温度设置为220 ℃，反应时间1 h小时，取溶液冷却至室温，洗涤过滤烘干，取该空白沉淀与氯化银分析纯按5：∶5、4∶：6、3∶：7、2∶：8、1∶：9比例梯度均匀混合，再对混合粉末进行压片，压力大小、压片时间与待测样品均相同。压片后将其装入密封袋中编号待测。

1.3  最佳制样条件

本实验以不同压力值进行压片，压片时间为180 s秒。每个样品测量10次，测得最佳压力值为6 MPa。同样，在压力为6 MPa条件下，从1-～7 min依次改变压片时间，每个样品测10次，计算峰背比并取平均值，测得最佳恒压时间为5 min。

1.4  最佳激发条件

根据实验经验，选定光管电流为13μА，测量时间为120 s，从27kV-～45 kV依次改变光管电压值，每个工作点测10次取平均值，绘制管压与银元素特征峰峰背比图像，如图1可知在光管电压为31kV-～33 kV时，银元素的激发效率均可达到最高， 所以，本文选取银元素最佳激发电压为32 kV。

选择上述最佳光管电压32 kV， 从6μА-～15 μА依次改变光管电流值，每个电流值下测10次，计算峰背比并取平均值，由图2可知银元素最佳激发电流为12 μА。

1.5  定标曲线绘制

对五个标准样品进行10次测量，取平均值，以样品中银元素的百分含量为横坐标，以EDXRF光谱仪探测的银元素谱峰计数平均值为纵坐标绘制定标曲线，对曲线进行拟合，曲线函数关系式：

Y_Ag=111.70X_Ag+925_{YZ8SuK848aY6wijhHFnlAg==}.80，R²=0.998 56。

2  结果与讨论

2.1  样品结果分析

待测样品1和待测样品2各制取三3个，用EDXRF法进行探测，每个样品测10次，取平均值，分别带入曲线中，计算银元素含量，并根据化学反应关系推算出铝元素含量。本实验方法测量铝土矿中铝元素的含量质量分数为29.26%，相对标准偏差为0.25%。

2.2  定标曲线验证

为确保实验的准确性，分别配制四4种银元素含量不同的样品进行同方法测量。每个样品测10次，计算平均值，带入定标曲线中，求出每个样品中银元素含量，并将测量值与真实值进行对比。通过表2可看出该定标曲线准确度较高。

2.3  回收率实验

本实验进行了加标回收率实验，以验证其准确性。以同样方式制作3个加标样品进行测量，其回收率分别为100.15%，99.73%，100.06%。由此可见，本方法准确性较好。

2.3  回收率实验

本实验进行了加标回收率实验，以验证其准确性。以同样方式制作三个加标样品进行测量，其回收率分别为100.15%，99.73%，100.06%。由此可见，本方法准确性较好。

2.4  对比实验

应用熔铸玻璃片（X射线荧光光谱分析）法进行样品检测，铝土矿中铝元素的测量结果为29.57%，本实验的测量结果为29.26%，相对误差为1.05%，证明本实验的准确度较高。

3  结 论（结束语）

本文通过将铝土矿中的目标元素铝元素经过化学转换成银元素，应用能量色散X射线荧光光谱分析仪测量银元素含量，再经过银元素与铝元素的化OUjMf2uDob2jIgeZ1btPhg==学反应数量关系计算出铝土矿样品中铝元素含量，采用间接测量方法，既克服了能量色散荧光光谱仪器对轻元素测量时出现的探测效率低、荧光产额低等问题，又简化了纯化学方法冗长繁琐的步骤，缩短了测量时间，提高了探测效率^[10]。为测定物质中轻元素含量提供了一种新方法。

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Quantitative Analysis of Aluminum in Bauxite by EDXRF Method

ZHAO Ting-wei

（Shenyang Normal University， Shenyang Liaoning 110034， China）

Abstract：  A new method for measuring the mass fraction of aluminum element in bauxite by using energy dispersion X-ray fluorescence spectroscopy （EDXRF） was proposed. Using indirect measurement method， the target element aluminum was converted into silver chloride precipitation after a series of chemical reactions， and the precipitation was washed， filtered and dried， the silver element mass fraction in the sample was measured by EDXRF， and the mass fraction of aluminum element in the sample was calculated according to the chemical quantity ratio of the chemical aluminum element and the silver element of the generator. At the same time， the optimal excitation conditions of silver element were also explored， and by calculating the peak-back ratio of the characteristic line of silver elements， its relationship curve with the excitation conditions was drawn， the optimal tube voltage of silver elements was determined as 32 kV，and the optimal tube current was 12 μА. The mass fraction of aluminum in bauxite was 29.26% and the deviation from the standard was 0.25%， which was consistent with the results of the test and analysis of cast glass sheet method.

Key words： Bauxite; Aluminium; EDXRF method