一種高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用x射線熒光能譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線熒光檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒 光能譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程，是將石灰石、粘土、鐵粉等原材料經(jīng)配料控制系統(tǒng)按一定配比 混合經(jīng)過(guò)生料研磨得到的水泥生料，然后將水泥生料經(jīng)過(guò)水泥窯煅燒得到水泥熟料，水泥 熟料與混合材、緩凝劑等按一定配比混合經(jīng)過(guò)水泥磨研磨得到成品水泥的過(guò)程。水泥生產(chǎn) 工業(yè)過(guò)程中原材料、生料、熟料以及水泥都需要化學(xué)成分分析。首先要根據(jù)原材料的化學(xué)成 分設(shè)定原材料配比，還必須根據(jù)出磨生料的化學(xué)成分反饋調(diào)節(jié)原材料配比才能保證生料成 分的穩(wěn)定，生料進(jìn)入水泥窯之前要進(jìn)行成分分析，根據(jù)入窯生料的成分及時(shí)調(diào)整燒成條件， 配煤量、燒成溫度等，才成保證熟料的質(zhì)量。出窯熟料需要進(jìn)行成分分析已確定熟料質(zhì)量。 根據(jù)出磨水泥的成分分析，調(diào)整混合材、緩凝劑的配比?？梢?jiàn)水泥生產(chǎn)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)都需 要對(duì)材料進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的成分分析，才能保證工藝的穩(wěn)定，生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥產(chǎn)品。其中 出磨生料成分的分析是各個(gè)環(huán)節(jié)中最重要的一步，分析頻次、分析精準(zhǔn)度對(duì)配料和燒成具 有關(guān)鍵的作用。
[0003] 從原來(lái)的人工化學(xué)分析，到同位素源激發(fā)的X射線熒光分析儀(鈣鐵儀等)到能量 色散X射線熒光光譜儀、到波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀的采用，成分分析技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)水 泥工藝的不斷進(jìn)步，水泥產(chǎn)量和質(zhì)量不斷穩(wěn)步提高。X射線熒光分析技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng) 用，除過(guò)渡性的同位素源激發(fā)的X射線熒光分析儀(鈣鐵儀等)外，采用先進(jìn)的半導(dǎo)體探測(cè)器 的能量色散X射線熒光光譜儀(EDXRF)和波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀(WDXRF)扮演了重要的 角色。由于水泥成分的稍許特殊性（即將論述），使得H)XRF的準(zhǔn)確度和精密度難以真正達(dá)到 水泥化學(xué)分析標(biāo)準(zhǔn)的要求，因而波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀是公認(rèn)的滿足水泥化學(xué)分析標(biāo) 準(zhǔn)的要求的分析儀器。
[0004] 對(duì)于傳統(tǒng)的能量色散X射線熒光光譜儀，在用于水泥生產(chǎn)過(guò)程中成分分析時(shí)，難于 激發(fā)熒光的輕元素，不能精確的分析到低含量的Na 20和MgO,和相對(duì)低含量Al2〇3和Si02,而 很容易激發(fā)的CaO又是生料熟料中含量最高的，造成的結(jié)果是X射線熒光能譜中Ca的熒光譜 線強(qiáng)度很高，而Si的熒光強(qiáng)度較低。傳統(tǒng)的X射線熒光能譜幾乎無(wú)法避免這一問(wèn)題。無(wú)論采 用濾光片還是二次靶還是低管壓方式都不能有效地改善這一問(wèn)題。即使采用高通量的Fast SDD探測(cè)器，高強(qiáng)度的Ca的熒光X射線的低能拖尾也會(huì)嚴(yán)重抬高Al、Si熒光的本底，使隨機(jī)誤 差增大，雖然Al、Si的熒光強(qiáng)度得以提高，但仍然難以真正提高檢測(cè)精密度。圖1是采用傳統(tǒng) 的Fast SDD探測(cè)器的X射線熒光能譜儀測(cè)水泥生料的能譜圖，可見(jiàn)高強(qiáng)度的Ca:Ka線對(duì)低強(qiáng) 度的Si:Ka線的影響。而對(duì)于波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀，無(wú)論采用多固定道方式，還是采用 單道掃描方式，由于熒光是經(jīng)過(guò)晶體衍射單色化后進(jìn)入探測(cè)器的，因此不存在上述問(wèn)題。但 波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀存在設(shè)備極其復(fù)雜、昂貴，故障率高、維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。買(mǎi)不 起、買(mǎi)得起用不起、用得起修不起是企業(yè)用戶常常感到的棘手問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線 熒光能譜儀，能夠?qū)λ嗌蛇^(guò)程中的各種物料進(jìn)行精確的成分分析。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，包括X光管、衍射晶體、樣品臺(tái)、探測(cè) 器，所述衍射晶體為采用Ge(lll)晶體制備的全聚焦雙曲面彎晶；所述X光管采用的靶材為 Ag靶材;所述X射線發(fā)射原級(jí)X光管經(jīng)衍射晶體產(chǎn)生單色X射線，同時(shí)激發(fā)Ge (111)晶體發(fā)射X 射線;所述單色X射線和Ge(lll)晶體發(fā)射的X射線同時(shí)照射樣品進(jìn)行檢測(cè);所述全聚焦雙曲 面彎晶的羅蘭圓半徑為R50mm-R300mm。
[0008] 所述X光管的功率為50~100W;焦斑尺寸為100μπι-350μπι。所述X光管采用薄鈹窗、 強(qiáng)制風(fēng)冷。
[0009] 所述探測(cè)器為半導(dǎo)體探測(cè)器SDD。
[0010] 所述樣品臺(tái)上設(shè)置用于樣品臺(tái)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的自旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。用于消除可能存在的樣品 的顆粒效應(yīng)等不均勻性因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。
[0011] 所述衍射晶體、樣品臺(tái)、探測(cè)器均置于密閉空間內(nèi)，所述密閉空間為真空空間、充 氦氣空間或充氫氣空間。
[0012] 本發(fā)明高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，衍射晶體采用Ge(lll)晶體制備的 全聚焦雙曲面彎晶，將X光管原級(jí)譜中的Ag:La線單色化并聚焦于樣品檢測(cè)面，用于激發(fā)樣 品中難以激發(fā)的輕元素 Na、Mg、Al、Si、P、S、C1。同時(shí)Ge晶體也作為二次靶材料，X光管原級(jí)譜 激發(fā)Ge的熒光射線，Ge:Ka和Ge:Kb，經(jīng)過(guò)光欄照射樣品檢測(cè)面，強(qiáng)度較低，用于激發(fā)樣品中 易于激發(fā)的重元素1(、〇3、3(：、11、￥、0、]\111小6、(：〇、附、〇1、211。無(wú)論全聚焦雙曲面66(111)彎晶 衍射的高強(qiáng)度的Ag:La線，還是Ge二次靶出射的熒光X射線，連續(xù)背景很低，照射樣品后，散 射到探測(cè)器的連續(xù)背景極低，使能夠精確的對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的各種原料進(jìn)行精確的成分 分析。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是傳統(tǒng)采用Fast SDD探測(cè)器的X射線熒光能譜儀檢測(cè)的水泥生料的能譜圖；
[0014] 圖2是采用本發(fā)明實(shí)施例1提供的X射線熒光能譜儀檢測(cè)水泥生料的能譜圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的X射線熒光能譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] 實(shí)施例！
[0018] -種高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，如圖3所示，包括X光管1、衍射晶體6、 樣品臺(tái)4、探測(cè)器5,所述衍射晶體6為采用Ge(lll)晶體制備的全聚焦雙曲面彎晶;所述全聚 焦雙曲面彎晶的羅蘭圓半徑為R300mm;所述X光管1為風(fēng)冷薄鈹窗50W的X光管，X光管的焦斑 為100μηι-350μηι，X光管采用的革E1材為Ag革E1材;所述樣品臺(tái)4上設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)樣品臺(tái)4自動(dòng) 旋轉(zhuǎn)的自旋機(jī)構(gòu)3;所述衍射晶體、樣品臺(tái)、探測(cè)器均置于真空的密閉空間2內(nèi)，以使整個(gè)光 路在真空環(huán)境中傳播。
[0019] 本實(shí)施例X射線熒光能譜儀，光路均處于真空環(huán)境中，X光管發(fā)射原級(jí)X射線經(jīng)衍射 晶體產(chǎn)生高強(qiáng)度的Ag:La線，用于激發(fā)樣品中難以激發(fā)的輕元素似、1%^1、51、？、5、(：1;同時(shí) X光管發(fā)射的原級(jí)X射線激發(fā)Ge (111)晶體發(fā)射Ge: Ka和Ge: Kb，經(jīng)過(guò)光欄照射樣品檢測(cè)面，強(qiáng) 度較低，用于激發(fā)樣品中易于激發(fā)的重元素 K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn。
[0020] 采用本實(shí)施例提供的高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀檢測(cè)水泥生料，其能 譜圖如圖2所示，由圖2可以看出，能量為2.98KeV的高強(qiáng)度的Ag: La線(Ge (111)全聚焦雙曲 面彎晶的1級(jí)衍射），用于激發(fā)樣品中難以激發(fā)的輕元素他、1%^1、51、？、5、(：1的熒光乂射線。 存在X光管二級(jí)衍射和三級(jí)衍射產(chǎn)生的較弱的能量為5.96KeV(2級(jí)衍射）X射線、很弱的 8.94KeV的（3級(jí)衍射)X射線以及較強(qiáng)的Ge作為二次靶發(fā)射的熒光X射線，Ge : Ka和Ge: Kb，用 于激發(fā)樣品中易于激發(fā)的重元素5(、0&、3〇、11、￥、0、111小6、(：〇、附、(：11、211的熒光乂射線。
[0021] 從圖2可以看出，樣品的熒光X射線的強(qiáng)度分布。輕元素 Na、Mg、Al、Si、P、S、CU9， 光X射線很強(qiáng)，而本來(lái)在傳統(tǒng)X射線熒光能譜儀中強(qiáng)度應(yīng)該高出很多倍的Ca和Fe的熒光X射 線強(qiáng)度比較適中，并且能譜中基本不存在連續(xù)散射背景。
[0022] 采用本實(shí)施例提供的高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀檢測(cè)水泥生料的準(zhǔn)確 性計(jì)算如下表1所示：
[0023] 表 1
[0024]
[0026]有上述圖2和表1所示的結(jié)果可知，本實(shí)施例提供的X射線熒光能譜儀，檢測(cè)精度 高，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的各種原料進(jìn)行全元素精確分析，促進(jìn)水泥生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展和 進(jìn)步。
[0027] 實(shí)施例2
[0028]本實(shí)施例高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，與實(shí)施例1不同的地方在于，采 用的全聚焦雙曲面彎晶的羅蘭圓半徑為50nm。
[0029] 該實(shí)施例中全聚焦雙曲面彎晶的羅蘭圓半徑可以在50nm~300nm之間任意選擇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，包括X光管、衍射晶體、樣品臺(tái)、探測(cè)器， 其特征在于，所述衍射晶體為采用Ge(lll)晶體制備的全聚焦雙曲面彎晶;所述X光管采用 的靶材為Ag靶材;所述X光管發(fā)射原級(jí)X射線經(jīng)衍射晶體產(chǎn)生單色X射線，同時(shí)激發(fā)Ge (111) 晶體發(fā)射X射線;所述單色X射線和Ge(lll)晶體發(fā)射的X射線同時(shí)照射樣品進(jìn)行檢測(cè);所述 全聚焦雙曲面彎晶的羅蘭圓半徑為R50mm-R300mm。2. 如權(quán)利要求1所述的高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，其特征在于，所述全聚 焦雙曲面彎晶的羅蘭圓半徑為R300mm。3. 如權(quán)利要求1所述的高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，其特征在于，所述X光管 的功率為50~100W;焦斑尺寸為100μπι-350μπι。4. 如權(quán)利要求1所述的高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，其特征在于，所述探測(cè) 器為半導(dǎo)體探測(cè)器SDD。5. 如權(quán)利要求1所述的高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，其特征在于，所述樣品 臺(tái)上設(shè)置用于樣品臺(tái)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的自旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。6. 如權(quán)利要求1所述的高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，其特征在于，所述衍射 晶體、樣品臺(tái)、探測(cè)器均置于密閉空間內(nèi)，所述密閉空間為真空空間、充氦氣空間或充氫氣 空間。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及X射線熒光檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種高精度水泥行業(yè)專(zhuān)用X射線熒光能譜儀，包括X光管、衍射晶體、樣品臺(tái)、探測(cè)器，所述衍射晶體為采用Ge(111)晶體制備的全聚焦雙曲面彎晶；所述X光管采用的靶材為Ag靶材；衍射晶體將X光管原級(jí)譜中的Ag:La線單色化并聚焦于樣品檢測(cè)面，用于激發(fā)樣品中難以激發(fā)的輕元素。同時(shí)X光管原級(jí)譜激發(fā)Ge的熒光射線，Ge：Ka和Ge：Kb，用于激發(fā)樣品中易于激發(fā)的重元素。探測(cè)器的連續(xù)背景極低，使能夠精確的對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的各種原料進(jìn)行精確的全元素分析。
【IPC分類(lèi)】G01N23/223
【公開(kāi)號(hào)】CN105510369
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510970857
【發(fā)明人】劉小東, 滕云, 李伯倫
【申請(qǐng)人】北京安科慧生科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日