X射线荧光仪在水泥生产质量控制中的应用

X射线荧光分析仪在水泥生产中的应用摘要:X射线荧光光谱作为一种常规分析方法始于20世纪50年代，经历了50年的发展，现已成为材料成分分析的必备方法之一。x射线荧光光谱分析仪是一种先进的仪器分析方法。近二十年来，随着科学和计算机技术的发展，这种分析方法得到了广泛的应用。国外先进国家在水泥科学研究和水泥工业生产领域广泛使用X射线荧光光谱仪分析水泥制品及其原料的化学成分和控制生料成分，并取得了良好的效果。新型干法水泥生产具有产量高、质量稳定、自动化程度高等特点，这也对产品质量提出了更高的要求。x射线荧光分析仪具有分析速度快、检测元素广、准确度高、操作简单等优点。它是现代水泥企业质量控制的重要分析仪器。可以简化实验室人员，大大降低分析人员的劳动强度，为生产控制及时提供分析数据，指导生产。作为水泥生产的在线质量控制，它得到了广泛的应用。2004年3月，山东联合王超水泥有限公司投资建设了日产2500吨熟料的新型干法生产线。2005年2月完成，3月引进Panaco(原荷兰飞利浦仪器)生产的Venus200X-ray荧光分析仪指导生产。经过几个月的调试和维护，公司开发并建立了生料、熟料、砂岩、粘土、红石、石灰石六种工作曲线，能够稳定地分析各种物料中SiO2、al2o 3、fe2o 3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3的含量，为水泥企业的原料配料和原料进厂控制提供了准确可靠的依据。1.仪器配置及测量条件:PW4110 Venus200 X射线荧光分析仪，顺序低功率扫描，允许分析范围Be-U，PW2550 X射线管，Sc为耙的端窗，300μ m厚铍窗，配DELL Pentium IV计算机，循环水冷却系统，上海南京水泥设计院QCX控制系统。各元素的测量条件见附表1。二、材料分析中误差的来源因素及影响分析数据准确性和仪器稳定性的一些因素的解决方法主要有以下几个方面:1。样品制备:PANalytical公司的X射线荧光分析仪，允许样品不受其状态和形状的限制，可以是粉末片、熔融片、固体、粉末和液体。在水泥工业的应用中，可以通过粉末压制和熔化来制备样品。熔片虽然可以消除粒度效应和矿物效应，但可以获得更好的精度。但由于操作费时、成本高，一直没有得到广泛应用；粉末压片法简单快捷，是目前国内水泥厂XRF制样的首选方法。我公司采用研磨压片法。首先，待分析的样品应尽可能干燥，以提高样品制备的准确性。要求将待测样品制成细度不大于80μ m的粉末，样品直径尽可能大，最好不小于32mm，材料必须具有代表性，可连续取样或多点取样，充分搅拌并还原成所需的克数，以备检验。2.研磨压片:2.1研磨时间的确定:待测样品必须用专用研磨机研磨，有手工研磨和机械振动研磨之分。机械振动研磨效率高，易于控制，样品重现性好。选择合适的研磨工具进行研磨是非常重要的，尤其是在分析微量元素的时候。我公司选用碳化钨磨具，可以将分析误差降到最低。研磨细度不应大于200目(76um)。经过反复试验对比，我们确定生料熟料和各种原料的粉磨时间为150s，粉磨时间过长会造成粘磨，过短细度达不到分析要求。2.2助磨剂和粘结剂的添加:研磨样品时添加适当的助磨剂，有助于提高研磨效率和清洗料碗。加入粘结剂的目的是为了使样品更好的成型，压制成表面光滑、断口意外的样品。助磨剂和粘合剂必须是不含待测成分的有机物质。经过分析和试验，合适的添加剂是三乙胺、酒精和石蜡。详见表2-2.3。样品压片:将准备好的粉末小心地放入模具中，用自动压机在一定压力下压成片剂。X射线荧光强度与压制样品的压力和样品的粒度密切相关。可以用钢圈片，压力设定在24t，保压时间30s，可以满足要求。2.4.样品制备误差的验证根据2.1和2.2选择样品制备的条件后，验证样品制备的再现性。以生料为例，将同一生料样品充分搅拌后，将10个样品依次压入荧光分析仪进行测量。分析结果统计见表3。可以看到同样的样品制备10次测得的分析结果都是极高的。2.5分析仪使用前，必须进行仪器稳定性的有效性和准确性试验。用50克分析结果准确的样品，放入料碗(无两个钢圈)中运行3分钟，然后分成四份，制成片剂进行测量。测量结果见表4。从表4可以看出，几组的外观误差特别小，说明仪器的稳定性非常好。2.6、应用程序(标准曲线)的建立X荧光分析仪是一种相对测量仪器，它是通过测量已准确获知化学分析结果的标准样品，将计算机获得的特征X射线强度数据经过一系列数学处理，计算出工作曲线。建立应用程序(标准曲线)是荧光计准确分析的基础，应注意以下问题:(1)选择有代表性的标准样品。每组曲线应至少有8个样品(我公司在制作每组曲线时应至少选取10个标准样品)，在实际生产中使用的矿区取样，使分析样品的物性相同，各元素的含量范围应覆盖实际生产中能达到的范围，并尽可能处于生产控制指标的中间，以保证分析的准确性。(2)标准样品的准确分析。为了最大程度地排除人为误差，标准样品一般需要三名具有三年以上分析经验的分析人员做平行化学分析，最后取平均值。经典的湿化学分析是几乎所有快速光谱技术校准的基础，化学分析值必须准确，否则一切无从谈起，必须绝对保证分析结果的准确性，为荧光分析的校准提供准确的依据。(3)建立新的应用程序(标准曲线)时，操作程序、仪器选择的各种参数、压片的制样环节、环境条件等。必须与分析和应用严格一致，以减少系统误差。2.7、校准曲线应用程序(标准曲线)建立后，为了使工作曲线正常投入使用，需要对曲线进行校正，并且为了保证使用后仪器分析的准确性，需要定期将已知化学成分的样品(标准样品)与荧光分析进行比对。如果线性回归不是很好，需要通过经验系数或增减标准项目来稍微调整工作曲线。如果工作曲线太大，必须建立新的工作曲线。我公司自2005年3月投产以来，为了保证仪器分析的准确性，坚持每天做一次标准样品，每三天与化学分析对比一次。以生料为例，对比见表5。从表4和表5的数据可以看出，X射线荧光分析仪的稳定性和准确性良好。x射线荧光分析仪在我公司原料及生料检验中已逐步取代传统的湿化学分析方法，为生产提供了准确及时的分析结果，为稳定生料配料和提高熟料质量打下了坚实的基础。2.8样品分析注意事项:2.8.1制备样品时，研磨时间、添加剂、设定压力、保温时间必须与标定工作曲线时的状态严格一致，否则研磨粒度分布不均匀，会带来系统误差，影响分析结果。2.8.2研磨不同种类的物料时，如果使用相同的料碗，必须用待测样品冲洗或用清水冲洗，否则会因其他物料的污染而产生较大误差。2.8.3压片前，样品必须均匀分布在钢圈中，不能有堆积分布，否则会造成压片密度的局部差异，影响分析结果。2.8.4制备好的样品不应打磨和清洗，也不应在测量前在空气中放置过久，否则会影响测量结果。2.8.5为了保证仪器的正常运行，环境必须保持干燥和清洁。样品压好后，在不影响被测表面光滑度的情况下，应尽量清除压钢圈周围的灰尘，并用吸尘器吸干净，以免带入机器内，污染测量环境，影响分析结果，损坏仪器使用寿命。2.8.6操作人员必须先熟悉操作程序，否则选择的分析程序错误，工作曲线错误，结果会完全错误。制样和压片的操作也会带来不同程度的误差，所以要求操作人员规范操作，不定期抽查比对，减少人为误差。