自由定标激光诱导击穿光谱技术在铁矿石酸度分析中的应用

摘要

铁矿石是钢铁工业必需的基础原材料，而铁矿石酸度是影响钢铁冶炼产量的重要因素，因此急需建立一种实时在线检测铁矿石酸度的新技术和方法。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一项新兴的光谱分析技术，具有原位、很少或不需要样品制备和无损等优势，使其在冶金领域得到广泛的应用。自由定标方法（Calibration-fiee LIBS，CF-LIBS）无需标样定标，避免了基体效应，更适合于现场在线分析，但定量准确度不高。本文从提高铁矿石酸度分析准确性的实际问题出发，分析影响CF-LIBS定量准确性的因素，建立了铁矿石中Ca/Si比例及各自含量的定量分析方法。该研究提高CF-LIBS定量分析结果的可靠性，为现场在线分析铁矿石酸度提供新方法和技术支持，本文共分为四章，主要研究内容如下:
　　首先，基于相似基体的不同样本在相同条件下灼烧等离子体温度相同的假设，采用CF-LIBS结合BSA对铁矿石酸度进行分析。首先对分析谱线强度进行内参考线自吸收校正，并使用校正后的分析线构建Boltzmann图，利用图中CaⅠ和SiⅠ截距关系结合Saha方程获得Ca/Si摩尔比率，引入一个标准样品结合BSA确定最佳等离子体温度，将此温度用于未知样品的酸度分析。结果表明，未知样品计算得到的酸度接近真实值。所提出的方法可以有效分析铁矿石的酸度，同时可为铁矿石实时在线的筛选和工业质量控制提供参考。
　　其次，采用分别优化CaⅠ和SiⅠ的延迟时间，同时对CaⅠ和SiⅠ谱线进行自吸收校正，为消除仪器的不确定性，采用OⅠ进行谱线归一化校正，依据原子发射光谱定量原理结合Saha方程计算得到Ca和Si元素的数值浓度，从而计算出铁矿石酸度，结果表明，相比传统定量分析方法，该方法准确性有了很大的提高。因此该方法对于铁矿石酸度分析是一种有效和可靠的方法。
　　最后，采用CF-LIBS结合标准加入法对铁矿石的酸度进行定量分析，首先对分析谱线进行自吸收校正，之后依据实验参数F为定值的原理，得到Ca和Si含量。结果分析表明，该方法在理论和实际实验中均是可行的，该方法引入内参考元素避免了CF-LIBS全元素归一的限制，操作简单快速，定量结果准确，增强了实用性，使其满足现场实验的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 激光诱导击穿光谱技术

1．2．1 激光诱导击穿光谱技术基本原理

1．2．2 激光诱导击穿光谱技术系统装置

1．2．3 激光诱导等离子形成机制及体系状态

1．2．4 激光诱导等离子体辐射和展宽机制

1．2．5 LIBS定量分析方法

1．3 CF-LIBS定量分析方法

1．3．1 基本原理及计算步骤

1．3．2 CF-LIBS定量分析影响因素

1．3．3 CF-LIBS研究进展

1．4 论文的内容与结构

参考文献

第二章 CF-LIBS结合二分搜索方法用于铁矿石酸度分析

2．1 引言

2．2 实验装置样品

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验样品

2．3 方法理论描述

2．3．1 谱线自吸收校正

2．3．2 电子密度和等离子体温度的计算

2．3．3 铁矿石酸度计算

2．4 结果与讨论

2．4．1 元素分析线和内参考线的选择

2．4．2 标样中电子密度和等离子体温度的计算

2．4．3 未知样品的酸度确定

2．5 本章小结

参考文献

第三章 CF-LIBS结合谱线归一化法分析铁矿石酸度

3．1 引言

3．2 实验装置及样品

3．3 方法理论描述

3．3．1 特征谱线的选取及延迟时间的优化

3．3．2 X和Y元素间比率的计算

3．4 结果与讨论

3．4．1 Ca Ⅰ和Si Ⅰ特征谱线延迟时间的优化

3．4．2 光谱强度的自吸收校正及等离子体温度计算

3．4．3 铁矿石酸度计算

3．5 本章小结

参考文献

第四章 CF-LIBS结合标准加入法计算铁矿石酸度

4．1 引言

4．2 实验装置及样品

4．3 方法理论描述

4．3．1 光谱强度的自吸收校正及等离子体温度计算

4．3．2 利用参数F的一致性确定粒子浓度

4．4 结果与讨论

4．4．1 标准加入法加入元素的选择

4．4．2 谱线自吸收校正及等离子体温度计算

4．4．3 Ca和Si元素含量的确定

4．5 本章小结

参考文献

1 全文总结

2 展望

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢