浅析用X射线荧光测量铀矿石品位的应用

冯 飞 / 中核华电河北核电有限公司

浅析用X射线荧光测量铀矿石品位的应用

冯 飞 / 中核华电河北核电有限公司

X射线荧光测量岩矿样品在地质勘查应用比较广泛，它能准确快速分析待测未知元素的含量。文章从测量原理、测量装置、影响因素、测量方法等几个方面对X射线荧光测量铀矿石品位的应用进行论述。

X射线荧光；测量；铀矿石品位；应用

前言

X射线荧光(XRF)分析技术主要用于元素成份分析, 具有现场快速、无损和多元素同时分析的特点。目前, 该技术已广泛应用于地质、环境、工业产品、半成品及原料的质量检测, 特别是对矿石品位的检测有着良好的经济和社会效益。在近年来, 随着新一代基于高分辨率电致冷半导体探测器XRF分析技术的研究与推广,以新一代高分辨率XRF分析仪能同时快速测定铀矿中铀、钍等元素的品位, 特别是测定高含量矿石样品的品位有着较好的效果。本文通过基体效应、不平度效应等影响因素的分析，得出用X射线荧光测定铀矿石品位的重要性。

1.X射线荧光测量铀矿石品位的原理

X射线荧光测量铀矿石品位主要是根据莫塞莱定律的原理，X射线荧光是高能量子与原子发生相互作用的产物，X射线与原子发生碰撞，从中逐出一个内层电子，此时原子处于受激状态。原子内层电子重新配位，即原子中的内层电子空位由较外层电子补充，同时放出X射线（光子）。一个较外层电子在补充内层电子空位时放出的能量与两个能量之间的差值准确相当，因此释放出来的光量子，即特征X射线（荧光）的能量等于两个能级间的能量差，由下式可以确定:

式中，EX----为特征X射线的能量；

2.测量装置

2.1 探测器

探测器选用Si(Li)探测器（或高纯锗探测器），Si(Li)探测器是一个单晶半导体。N区与P区之间的本征区（I区）时通过特殊的工艺把Li的“补偿”作用，使I区呈电中性。经过补偿的I区，电阻率可高达几万Ω•cm，形成了有效探测X射线的灵敏区。

在一般情况下，能量分辨率ω与收集到的电荷数N有下列关系：，N愈大，能量分辨率越好，这也就是Si(Li)探测器能量分辨率比闪烁计数器、正比计数器好的主要原因。一般用半高宽来表征其能量分辨本领。

2.1.1 激发源、样品和探测器的相对几何关系

在实际工作用探测器测定样品的特征X射线照射量率时，探测器与样品之间的距离不同，记录到的荧光计数率也不一样，所以必须在固定的几何条件下进行测量工作，同时应确定最佳几何条件，以便得到最高的计数率，保证较高的测量精度。

2.1.2 样品位置

（1) 在室内测定铀矿粉末样品时，应保证样品杯底面平整，距离放射源表面8.5mm-9mm，标准样品与待测样品的观测条件要求一致；

（2）在野外或者井下矿块露头上进行测定时，对较平整的表面，使之与表面距离9mm左右。

2.2 仪器原理图

3.干扰因素的影响及其对策

3.1 基体效应的影响

基体效应是指岩石或土壤中非目标元素对目标元素的特征射线的吸收或增强效应, 引起目标元素含量测量结果的降低或偏高。由于便携式高精度荧光分析仪采用半导体探测器, 能够分辨中等原子序数以上相邻元素的系特征射线的特征峰。可以准确获取目标元素及其干扰元素特征峰的峰面积,对于矿山来讲，其基体组成主要由硅、铝、氧、硫、钙、Fe、Cu、Al、Th等元素，X射线与这些元素发生作用，产生特征X射线，也会对测铀矿石的品位产生一定的影响。因此对这些元素所产生的基体效应给予一定的校正是很必要的，一般采用补偿法或者补偿特散比法进行校正，可以消除这些元素的干扰。

3.2 不平度效应的影响

由测量表面凹凸不平对测量结果的影响称为不平度效应。尤其对铀矿山来讲，井下巷道的岩石露头都是一些凸凹不平的表面，一些矿块的表面都不像实验室的标准样品那样理想，所以消除不平度对测量结果产生的影响很有必要。在实际中，虽然测量面（井巷壁）的凹凸起伏很大，但在探测器的有效探测视域内（通常约十几平方厘米），不同原生露头测量面的凹凸起伏一般都在10mm之内，为消除不平度产生的影响，一般有如下几种方法：

1）选择特色散射线的能力应尽可能靠近目标元素特征X射线。

2）尽可能地避免凸凹的测量面，在测量前对测量面进行适当的修整。

3.3 粉尘的影响

对于铀矿山井下测量时，当围岩粉尘覆盖在矿石表面上时，可以使测量结果偏低，当矿层粉尘吸附在矿化地段或者围岩井壁上时，尤其当矿层粉尘较厚时，造成测量结果偏高。实际测量中，要对测量地段先用水冲洗干净。

4.X射线荧光测量铀矿品位的方法

X射线荧光分析需要一些已知含量的样品作为比较标准。在相同的测量条件下和已知含量的标准试样相比较，求出未知元素的含量。其公式如下：

实际工作中常常用上式制作标准曲线。然后根据待测元素的特征X射线强度，直接查出元素的含量。

5.X射线荧光测量铀矿石品位的评价

X射线荧光测量岩矿样品的品位时，对矿石样本的要求很高，能够通过测量分析岩矿样本含有的未知元素及含量。国内在铀矿床普查时应用比较广泛。X射线荧光仪还能快速准确地分析铀矿石内部除铀元素以外的其它元素的含量，特别是测定高含量矿石样品的品位有着较好的效果。由于X射线荧光仪在国内及国际市场价格比较昂贵，铀矿石含有的铀元素放出γ射线，所以目前国内大部分铀矿山都采用γ快速测量分析仪或γ能谱仪来测定铀元素的含量。对于用X射线荧光测量铀矿石品位的应用还要进一步分析比较。

[1]郭生良,葛良全,赖万昌,程锋等.XRF法快速测定铁钛精矿中的Fe、Ti品位[J].物探化探计算技术.2007，5（471）.

冯飞（1984- ），男，甘肃省张掖市，2007年7月毕业于成都理工大学核工程与核技术专业，学士学位，工程师，现在中核华电河北核电有限公司。