如今可供利用的优质磷源的数量正呈不断下降的趋势，这使得人们意识到了对于低级矿的富集处理的重要性，其中处理主要包括清洗，浮选和煅烧过程。出于经济考虑，对工艺流程的优化的不断需求也促使对于磷矿石材料中的主要元素和微量元素的分析检测变得越来越重要。

图1：露天的磷矿

X射线荧光光谱法：

X射线荧光光谱法由于具有检测直接，快速，结果精确以及样品制备过程简单等优势已成为目前元素分析的最理想方法。作为两种关键的X射线荧光光谱技术之一的能量色散X射线荧光光谱法在这样的分析中得到了广泛的应用。

在磷灰石中，最常见的杂质是氟磷灰石，在磷酸制备过程中杂质氟磷灰石会释放出一种副产品——氟化氢，而氟化氢随后又可以被用于氢氟酸制备工艺中。因此，在这些方面，获得磷矿石中更多有关氟含量的信息有助于控制及优化上述制备工艺过程。然而，传统的能量色散X射线荧光光谱仪对于一些微量元素，例如镁元素和氟元素，具有非常低的灵敏度，因为这些元素通过它们较厚的检测窗吸收低能量的荧光。相反的，结合现代的检测器技术，稳定的入射窗，以及大功率的直接激发体系为装备有XFlashLE检测器的S2RANGER能量色散X射线荧光光谱仪提供了更为优异的性能。该光谱仪相比于传统的能量色散X射线荧光光谱仪具有非常明显的改善。本文主要讨论利用搭配XFlashLE检测器和银靶X射线管的S2RANGER能量色散X射线荧光光谱仪对磷矿石中的主要元素和微量元素进行分析测量。

实验仪器：

装有XFlashLE硅漂移探测器的S2RANGER能量色散X射线荧光光谱仪被用于执行测量步骤。这是一个以一体化的台式系统为特色的装备，其采用人性化的触摸屏界面。搭载着超薄，高透射率的入射窗的 XFlashLE SSD体系也极大的提升了微量元素的检测灵敏度。

采用银靶X射线管代替标准的铂靶X射线管有助于在检测微量元素时获得最优检测结果。采用银靶X射线管检测获得的氟元素标准光谱如图2。该谱图在0.677Kev处清晰的显示了氟元素信号，表明了该装置对于那些氟含量即使非常少的样品同样也具有非常好的检测能力。

图2：在0.45-1.25KeV的低能量范围内不同的认证标准材料光谱图，浓度范围为0.51%-4.04%

实验步骤：
样品制备：

对于每一种样品的制备过程，其包括将10克样品与1克赫斯特蜡仔细混合，随后，采用德国Herzog公司生产的半自动压机在150KN的压力下对混合物进行挤压以制备出直径为40毫米的颗粒物。

测量参数：

详细测量参数总结列于表1中。所有测量均在真空环境下进行。对于每种样品，整个检测过程只需消耗7分钟，包括样品处理，对样品室进行抽真空以及实际测量计数时间。

表1：对于不同元素的测量参数

元素	管电压 [kV]	管电流 [µA]	滤波器	测量时间[s]
F, Na, Mg, Al, Si, P	10	600	无	200
K, Ca, Ti, Fe, Sr	40	900	500 µm Al	200

校正：

一组包含有13种国际认证标准参考材料被用于建立适用于不同的主要元素和微量元素的校正曲线。对应于磷矿石材料中不同的主要元素和微量元素的浓度范围见表二。其中五氧化二磷（P2O5），钙（Ca）以及氟（F）的校正曲线分别对应于图3，图4及图5。氟元素的校正曲线的建立使得其最小测量浓度可以达到0.5%。

表2：用于校正的法定标准物质中的元素浓度范围

 

 

 

元素	最小浓度[%]	最大浓度[%]
F	0.50	5.45
Na2O	0.06	0.52
MgO	0.03	20.4
Al2O3	0.05	19.5
SiO2	0.04	71.5
P2O5	0.01	40.0
K2O	0.10	2.60
CaO	0.08	52.6
TiO2	0.02	2.50
Fe2O3	0.23	25.7
SrO	0.06	0.48

图3：五氧化二磷（P2O5）校正曲线

 

 

图4：氧化钙（CaO）校正曲线

图5：氟元素校正曲线

实验结果：

一旦这13种国际认证标准参考材料被校正好，便可对不同的磷灰石样品进行测量。随后在一个温度达到950°C的马弗炉中对样品进行烧失量测量。在常规分析过程中，SpectraEDX软件会有助于自动测量待检测样品的烧失量值。表3和表4分别总结出了某些选定样品的化学组成。

表3：某些选定的磷灰石样品中主要元素的化学组成

样品	CaO [%]	P2O5 [%]	SiO2 [%]	Al2O3 [%]	F [%]	Fe2O3 [%]
磷灰石1	42.4	33.3	10.3	3.81	3.42	1.98
磷灰石2	42.6	35.4	7.04	4.29	3.75	2.12
磷灰石3	42.1	35.2	7.75	4.32	3.63	2.11
磷灰石4	42.3	33.3	10.2	3.86	3.13	2.01

表4：某些选定的磷灰石样品中微量元素的化学组成

样品	MgO [%]	TiO2 [%]	K2O [%]	SrO [%]	LOI [%]	Sum [%]
磷灰石1	0.75	0.486	0.317	0.141	2.56	99.5
磷灰石2	0.66	0.468	0.269	0.151	3.32	100.1
磷灰石3	0.65	0.453	0.275	0.151	3.34	100.0
磷灰石4	0.78	0.453	0.313	0.140	3.41	99.8

 

为了保证检测结果的准确性，每类样品均重复测量10次。表5展示了对磷灰石样品1中某些选定元素的测量结果。精确的测量数据也表明了这种检测工具无论对于主要元素还是微量元素，甚至当元素含量非常小时，都具有优异的可重复性。
 

表5：对于磷灰石样品1中主要元素的10次重复性测量实验

样品	CaO [%]	P2O5[%]	SiO2[%]	Al2O3[%]	F [%]	Fe2O3[%]	MgO [%]	TTiO2[%]
样品1, 序号.1	42.79	33.33	10.26	3.80	3.35	1.99	0.76	0.481
样品1, 序号. 2	42.71	33.38	10.31	3.82	3.42	1.99	0.78	0.479
样品1, 序号. 3	42.44	33.41	10.29	3.83	3.36	1.97	0.78	0.474
样品1, 序号. 4	42.55	33.41	10.34	3.81	3.30	1.99	0.77	0.473
样品1, 序号. 5	42.48	33.41	10.31	3.80	3.24	1.99	0.77	0.478
样品1, 序号. 6	42.69	33.40	10.31	3.82	3.42	1.99	0.76	0.483
样品1, 序号. 7	42.80	33.42	10.32	3.83	3.38	1.98	0.77	0.486
样品1, 序号. 8	42.79	33.40	10.32	3.82	3.35	1.99	0.78	0.486
样品1, 序号. 9	42.63	33.40	10.32	3.83	3.50	1.98	0.76	0.481
样品1, 序号.10	42.75	33.40	10.33	3.81	3.31	1.99	0.77	0.487
平均值 [%]	42.66	33.40	10.31	3.82	3.36	1.99	0.77	0.48
绝对偏差 [%]	0.13	0.03	0.02	0.01	0.07	0.01	0.01	0.00
相对偏差 [%]	0.31	0.08	0.22	0.30	2.17	0.35	1.06	1.02

结论：

能量色散X射线荧光光谱法是一种检测磷矿石材料中主要元素和微量元素的宝贵的方法，其具有检测快速，直接，结果精确可靠等优势。然而，传统的能量色散X射线荧光光谱仪难以准确的对微量元素氟进行检测分析。相反，由于搭配直接激发技术，优良的硅漂移探测器以及超薄，高透射率的入射窗，S2RANGER能量色散X射线荧光光谱仪能够快速且精确的检测出磷矿石等其它材料中的微量元素。

本文中的测量结果表明了装有XFlashLE检测器的S2RANGER能量色散X射线荧光光谱仪具有优异的分析检测能力。其在磷矿石的加工及质量控制过程中均表现出了巨大的应用潜力。

译自azomining
来源：材料与测试
译者：vince

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