李嬋貞
(廣西壯族自治區(qū)冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗站, 廣西南寧 530023)
硅酸巖指的是硅、氧與其它化學(xué)元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結(jié)合而成的化合物的總稱。它在地殼中分布極廣,是構(gòu)成多數(shù)巖石(如花崗巖)和土壤的主要成分。硅酸巖大多數(shù)熔點高,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,是硅酸鹽工業(yè)的主要原料[1]。硅酸鹽材料及制品與人類生活息息相關(guān),涉及的領(lǐng)域遍及各行各業(yè),如水泥、玻璃、陶瓷及耐火材料等[2]。硅酸鹽巖石,因為各種化學(xué)成分的不同,被利用到不同的工業(yè)產(chǎn)業(yè),因此,硅酸鹽巖石的化學(xué)成分分析非常重要。其中X射線熒光光譜法(XRF)作為一個成熟的分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于硅酸鹽巖石的檢測[3]。我國現(xiàn)行的國家標(biāo)準方法GB/T 14506.28-2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分:16個主次成分量測定》[4]。本站在大量的日常工作中發(fā)現(xiàn),對于Al2O3含量較高的硅酸巖試料(如高嶺土,粘土等),當(dāng)Al2O3含量較高時,試料中含量高的組分用標(biāo)準方法檢測容易引起誤差。本文對標(biāo)準方法使用過程中出現(xiàn)的問題進行探析,并提出改進意見。
國家標(biāo)準方法建立標(biāo)準工作曲線和試料檢測采用空干基。玻璃樣片熔片溫度1150℃~1250℃,玻璃樣片中試料和溶劑的稀釋比為1:8,燒失量通過儀器進行校正。
本站方法建立標(biāo)準工作曲線和試料檢測采用灼燒基。玻璃樣片熔片溫度1050℃,玻璃樣片中試料和溶劑的稀釋比為1:10。
國家標(biāo)準方法使用空氣干燥基試料,本站方法使用灼燒基試料,要預(yù)先做燒失量實驗。因為制備標(biāo)準工作曲線樣片及檢測樣片都采用相同條件,所以熔片溫度和熔片時間以及稀釋比的差異可以不考慮。
本站在大量的日常工作中發(fā)現(xiàn),對鋁含量較高的硅酸巖試料(比如高嶺土,粘土等),用本文討論的國家標(biāo)準方法檢測時,高組分含量容易引起誤差,必須考慮試料燒失量的影響。
以下實驗可以看出,依照國家標(biāo)準方法使用空氣干燥基制備玻璃樣片,成品樣片中試料的質(zhì)量會有損失。
選取專用溶劑、3個實驗試料及3個高嶺土/粘土標(biāo)準物質(zhì),將上述溶劑,實驗試料及高嶺土/粘土標(biāo)準物質(zhì)用空氣干燥基進行熔融,并稱量成品樣片質(zhì)量。成品樣片的質(zhì)量由試劑和試料構(gòu)成,考察熔融后成品樣片的質(zhì)量和熔融前質(zhì)量(試劑+試料)的差異,即可得到樣片在熔融過程中的損失量。
本實驗溶劑未做預(yù)處理,直接使用x熒光光譜專用試劑(洛陽特耐實驗設(shè)備有限公司生產(chǎn))。觀察純試劑樣片的質(zhì)量變化,熔劑在熔融過程中燒失量的損失較小,相同的熔融條件下可以忽略差異。
觀察試料樣片熔融前后的質(zhì)量變化,試驗發(fā)現(xiàn)高嶺土/粘土標(biāo)準物質(zhì)和實驗試料的成品玻璃樣片質(zhì)量均有減少,扣除試劑質(zhì)量損耗,成品樣片的質(zhì)量損失量即為試料在熔融過程中的損失量。將熔融后玻璃樣片中試料質(zhì)量損失百分比和試料的燒失量比較,可以發(fā)現(xiàn)試料在熔融過程中,質(zhì)量損失量接近試料的燒失量。
樣品在高溫熔融過程中會產(chǎn)生質(zhì)量損失,各個試料(標(biāo)準物質(zhì)和實驗試料)的燒失量不盡相同,因此熔融后的質(zhì)量損失會引起試料組分在成品玻璃片中的比例發(fā)生不確定的變化,從而引起熒光強度的變化,造成分析結(jié)果的誤差。每個實驗物料測定3次,結(jié)果見表1。
表1 熔融過程中樣片中試料損失和試料燒失量的比對
考察80個不同的硅酸巖類樣品中Al2O3含量與燒失量的數(shù)據(jù)(此數(shù)據(jù)由本站實驗室提供),由表2可見,隨著Al2O3含量的變化,燒失量也發(fā)生變化。
表2 80個樣品中Al2O3含量與燒失量的數(shù)據(jù)
由表2數(shù)據(jù)繪制燒失量和Al2O3含量的關(guān)系趨勢圖(見圖1)。從圖1可見,隨著Al2O3含量的增高,燒失量也沿此趨勢發(fā)生變化。從大量的試驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn),對于硅酸巖石試料,當(dāng)Al2O3含量變高時燒失量有變高趨勢。這是因為硅酸巖石試料中含有鋁,自然界中鋁多以結(jié)晶水的形式存在的,而結(jié)晶水是燒失量的組成部分[3]。因此對于鋁含量較高的硅酸巖石的主量分析,必須要考慮燒失量的影響。
圖1 Al2O3含量和燒失量趨勢圖
3.4.1 本站方法與國家標(biāo)準方法比對試驗數(shù)據(jù)
以一組高領(lǐng)土的數(shù)據(jù)為例,采用本站方法與國家標(biāo)準方法測定進行比對(國家標(biāo)準方法數(shù)據(jù)由廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)測試研究中心提供),結(jié)果見表3。
由表3可見組分含量較低Fe2O3、TiO2的結(jié)果,差異在允許范圍內(nèi);組分含量較高的Al2O3,SiO2兩種方法有系統(tǒng)差異,國家標(biāo)準方法系統(tǒng)偏低。
表3 本站方法與國家標(biāo)準方法比對試驗數(shù)據(jù) /%
3.4.2 本站方法與化學(xué)法比對試驗數(shù)據(jù)
本站方法與化學(xué)法比對一組高嶺土中組分含量較高的Al2O3、SiO2試驗數(shù)據(jù)(化學(xué)法數(shù)據(jù)由本站化學(xué)實驗室提供),本站方法和化學(xué)分析法結(jié)果吻合,數(shù)據(jù)見表4。
表4 本站方法與化學(xué)法比對試驗數(shù)據(jù)
應(yīng)用X射線熒光光譜儀測得的熒光強度,實際上反映的是樣品中被測各主次組分在整個玻璃樣片中的比例[5-6],在熔片的過程中試料損失會影響樣片中試料各組分的含量,從而引起分析誤差。損失量越高,誤差越大。測定結(jié)果的差異大小與試料各組分含量的高低有關(guān),組分含量越高,結(jié)果差異越大。對于Al2O3含量較低的試料如石英砂、硅石等,依據(jù)國家標(biāo)準方法進行檢測;對于Al2O3含量較高的樣品,測試高含量組分時,要考慮燒失量的影響。建議工作中建立空氣干燥基和灼燒基兩套標(biāo)準工作曲線,首選國家標(biāo)準方法,當(dāng)樣品中Al2O3含量較高時,使用灼燒基物料檢測。