趙榮龍

（云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司，云南 昆明 650102）

0 前言

由于社會(huì)對銅的需求不斷提高，而且其具有不可再生的特征，銅礦石資源正逐漸枯竭。根據(jù)研究報(bào)告，世界范圍內(nèi)銅的消耗時(shí)間（儲(chǔ)量/年使用量）預(yù)計(jì)為30～50 年[1]。2013 年，中國的精煉銅消費(fèi)總量為850 萬噸，比2003 年增長了175.1%，中國已占全球精煉銅消費(fèi)的一半[2]。近年來，隨著銅礦的大規(guī)模開采和廣泛冶煉，出現(xiàn)了環(huán)境問題。迫切需要通過檢測分析，來緩解銅資源的浪費(fèi)危機(jī)。因此，檢測分析方法對于提高銅精礦的利用效率，緩解銅冶煉引起的環(huán)境危機(jī)至關(guān)重要。當(dāng)前對銅檢測分析的研究主要集中在銅的存量和流量及其對環(huán)境的影響上，數(shù)據(jù)來源于僅代表整體水平的年鑒和政府?dāng)?shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)源不夠詳盡無法進(jìn)行機(jī)理研究，所以重點(diǎn)是深加銅檢測分析。云南銅業(yè)股份有限公司（以下簡稱云銅）是我國著名的銅冶煉企業(yè)，主要采用澳大利亞芒特艾薩公司的艾薩法冶煉工藝。不間斷的冶煉過程中有大量的原材料和中間產(chǎn)品需要進(jìn)行快速檢測分析。傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法流程長，不能滿足生產(chǎn)快速分析的需要，還會(huì)使用大量有毒化學(xué)試劑，會(huì)對環(huán)境和操作人員的健康造成危害。熒光分析具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，熒光分析的制樣方式主要有粉末壓片法和熔融法。熔融法由于消除了礦物效應(yīng)和基體效應(yīng)，同時(shí)樣品又被稀釋，大大降低了不同元素間的相互干擾，所以被認(rèn)為是熒光分析中最精確的制樣方法。使用澳大利亞xrFuse6 熔樣機(jī)進(jìn)行熔融制樣具有自動(dòng)化程度高、人工干預(yù)帶入誤差少的特點(diǎn)，不但節(jié)省人力，還能為生產(chǎn)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。

該文總結(jié)了xrFuse6熔樣機(jī)引進(jìn)云銅2年來的使用情況和創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，希望能為銅冶煉行業(yè)的分析人員提供借鑒。

1 選擇的理由

2018 年云銅有在用澳大利亞F-M4 熔樣機(jī)一臺，屬艾薩爐投產(chǎn)期間熒光分析配套設(shè)備，使用年限近20 年。由于自動(dòng)化程度低、安全性能和穩(wěn)定性差，不能滿足新增原料預(yù)檢分析業(yè)務(wù)需求，因此，亟需一種自動(dòng)化程度高、安全性能和穩(wěn)定性好的熔樣設(shè)備。所以選擇了xrFuse6 熔樣機(jī)。

2 遇到的問題及解決措施

云銅在使用xrFuse6 熔樣機(jī)之初出現(xiàn)了一系列問題和困難，在分析人員的共同努力下，問題最終得以解決。迄今為止，xrFuse6 熔樣機(jī)為熒光分析提供了源源不斷的合格的分析樣品。

2.1 熔片不完整

因沒有同行經(jīng)驗(yàn)借鑒，分析人員按照澳方提供的方法進(jìn)行熔樣，結(jié)果出現(xiàn)了玻璃熔片月牙型，出現(xiàn)坩堝模具不能被填充滿的情況。在稀釋比不變的情況下我們多次嘗試調(diào)整了助熔劑、脫模劑和樣品加入量等參數(shù)，最終得到了填充合格的玻璃熔片。

2.2 熔片破裂

熔樣爐投入使用初期，玻璃熔片出現(xiàn)了部分破裂。分析理論認(rèn)為使用脫模劑用量不足或過多、冷卻風(fēng)啟動(dòng)過早、樣品沒有完全溶解等情況都會(huì)導(dǎo)致樣品內(nèi)部存在應(yīng)力，致使樣品破裂[1]。澳方提供的混合熔劑是內(nèi)含脫模劑的，成分固定不利于脫模劑的選擇和控制，我們用適量國產(chǎn)混合熔劑替代進(jìn)口熔劑，調(diào)整了脫模劑的加入量和其他參數(shù)，試驗(yàn)成功。

圖1 xrFuse6 熔樣機(jī)

2.3 熔片脫出困難

分析人員在稱量過程中發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)混合熔劑和樣品稱量至鉑金坩堝中填充較滿，熔樣過程中熔體有潑灑的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過對樣品稱樣量、混合熔劑添加量、熔樣機(jī)搖擺角度、熔融時(shí)間等方面的優(yōu)化，國產(chǎn)熔劑成功應(yīng)用于xrFuse6 熔樣機(jī)中。

xrFuse6 熔樣機(jī)是允許樣品預(yù)氧化和主熔連續(xù)進(jìn)行的，這樣便省去了樣品單獨(dú)進(jìn)出箱式電阻爐預(yù)氧化的流程，但熔樣過程中樣品無法取出進(jìn)行脫模劑的添加，導(dǎo)致添加脫模劑的步驟前移。這樣的熔樣方式導(dǎo)致玻璃熔片脫出困難，原因是NH4I 易揮發(fā)，高溫下在爐體停留時(shí)間過長所致，后來在將脫模劑更換為LiI 試驗(yàn)得以成功[2]。

2.4 熔片花斑和結(jié)晶

玻璃熔片脫模成功的同時(shí)有樣品出現(xiàn)了花斑和結(jié)晶的情況，據(jù)相關(guān)資料顯示，受到酸堿度的影響會(huì)出現(xiàn)晶斑、堿度太強(qiáng)，熔片會(huì)發(fā)生破裂[3]。經(jīng)過多次嘗試，我們調(diào)整了氧化劑的使用量、預(yù)氧化時(shí)間、主熔時(shí)間、冷卻風(fēng)速和冷卻時(shí)間等參數(shù)關(guān)系后，熔片花斑和結(jié)晶的情況消失。

2.5 坩堝脫出

因進(jìn)口鉑金坩堝價(jià)格昂貴，公司所使用的配套鉑金坩堝是在國內(nèi)進(jìn)行加工和采購的。xrFuse6 熔樣機(jī)對鉑金坩堝及模具尺寸要求異常嚴(yán)格，稍有誤差都會(huì)導(dǎo)致其無法正常使用，我們的坩堝就出現(xiàn)了澆鑄過程坩堝脫出支架的情況，后來經(jīng)過工程技術(shù)人員的多次測量、返廠加工，問題得以解決。

2.6 潑灑

澆鑄過程中樣品出現(xiàn)了少量潑灑至模具支架，我們對模具支架的進(jìn)出深度進(jìn)行了多次調(diào)整，潑灑的情況得到改善，但問題依然沒有得到根本解決，所以維護(hù)人員需要定期對模具支架進(jìn)行清理。

2.7 耐火陶瓷纖維板脫落

使用一年時(shí)熔樣機(jī)頂部耐火陶瓷纖維板出現(xiàn)了小塊脫落，雖然沒有影響到正常使用，但對熔樣機(jī)長期使用存在風(fēng)險(xiǎn)，所以分析人員需要進(jìn)行關(guān)注，必要時(shí)進(jìn)行更換。

2.8 粉塵對熔片的影響

由于公司原料預(yù)檢的需要，熔樣間設(shè)置靠近銅精礦原料堆場，粉塵較大。導(dǎo)致很長時(shí)間熒光制樣玻璃熔片出現(xiàn)大量結(jié)晶。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，最終找到引起熔片結(jié)晶的原因：熔樣機(jī)中粉塵在冷卻風(fēng)開啟后吹落至剛出爐熔融的樣品中造成。隨后，分析人員對熔樣間進(jìn)氣口加裝過濾裝置，徹底清潔了熔樣機(jī)，玻璃熔片結(jié)晶的情況得到控制。

3 探索與實(shí)踐

經(jīng)過對樣品加入量、混合熔劑、氧化劑、預(yù)氧化溫度、熔融溫度和時(shí)間、搖擺角度、傾倒角度和冷卻時(shí)間等各參數(shù)在不同條件和狀態(tài)下進(jìn)行多次試驗(yàn)，我們找到了適合云銅的熔融制樣方法。在鉑金坩堝內(nèi)準(zhǔn)確稱取7.2000 g 混合熔劑，表皿內(nèi)準(zhǔn)確稱取0.3000 g 樣品和1.0000 g NaNO3，攪拌均勻，倒入鉑金坩堝中，加入250 mgLiI 脫模劑。

將將鉑金坩堝移入預(yù)先升溫至700 ℃的熔樣機(jī)中，進(jìn)入自動(dòng)熔樣程序，預(yù)氧化20 min、主熔 min、搖擺8 min、冷卻8 min30 s 后取出，進(jìn)行X 熒光分析。

4 準(zhǔn)確性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，抽取10 個(gè)銅精礦樣品使用xrFuse6 熔樣機(jī)熔融制樣進(jìn)行X 熒光分析，樣品同時(shí)送有資質(zhì)的第三方分析檢測機(jī)構(gòu)（昆明冶金研究所）化學(xué)法進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 分析結(jié)果準(zhǔn)確性對比

從表1 中可以看出熒光分析主量元素（Cu、Fe、S、SiO2）和第三方化學(xué)法比對最大分析誤差0.44%、雜質(zhì)元素（As、Pb、MgO）最大分析誤差0.13%，熔片分析結(jié)果能夠滿足生產(chǎn)要求。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明云銅引進(jìn)xrFus6 熔樣機(jī)是非常成功的，盡管在運(yùn)行初期遇到了一些問題和困難，但通過分析人員的不斷探索和實(shí)踐，困難最終都到了解決，不僅如此，還實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口混合熔劑國產(chǎn)化的效果。