大型设备在矿相分析中的应用.ppt

大型设备在矿相分析中的应用微束分析的应用,理化测试研究所2014年12月,应用培训,目 录,1 矿物分析方法概述 2 微束分析方法简单介绍3 电子探针在矿物分析中的应用4 扫描电镜在矿物分析中的应用,矿 物 分 析 概 述,矿物分析的主要内容,影响工艺加工的矿物的所有特征,主要包括：矿物的组成、相分布、元素组成及元素的赋存状态、矿物的嵌布特征、解离度、颗粒尺寸、相尺寸、比重、硬度、磁性、品味回收系数等,矿 物 分 析 概 述,矿物分析的主要检测手段,显微镜分析方法：,薄片法：将块状样品或粉末样品胶成小块，磨成厚度为 0.03mm以下的薄片，在偏光显微镜下测定矿物的光学性质，据以鉴别矿物和观察其结构。反光法：将块状或粉末样品，用适当的胶合材料胶结成小块，经过磨平抛光，制成一个光亮的表面，称为光片，直接或用化学试剂浸蚀后，放在反光显微镜下观察。粉末油浸法：以粉末样品滚入浸油制成浸粉末片，在偏光显微镜下测定矿物的光性和折光率以鉴别矿物。显微化学法：与油浸法相似，以与样品某特定矿物发生反应的化学试剂代替浸油，在偏光镜下检验反应生成物。,矿 物 分 析 概 述,矿物分析的主要检测手段,X射线衍射XRD：,测定矿石中的物相组成与晶体结构,热分析方法,差热分析DTA：矿物重结晶、产生新矿物相、氧化反应、脱水、多晶转变、晶体结构破坏、分解作用等；热重分析TG：通过加热过程中重量的变化来鉴定矿物，主要适用于粘土矿和硅酸盐矿物等。,矿 物 分 析 概 述,矿物分析的主要检测手段,微束分析方法：,透射电镜TEM：微细矿物、隐晶质矿物和超细分体的形貌和结构分析俄歇电子能谱仪AES：样品表面微区成分、样品纵剖面的成分及元素结合状态分析；扫描电镜SEM：观察矿物表面形貌和显微结构；工艺矿物学参数电子探针EPMA：微区化学成分分析，矿物中元素的定性与定量分析；,微束分析的一些基础知识,SEM的二次电子像和背散射电子像,微束分析的一些基础知识,SEM图像分辨率,图像分辨率：能被清楚地分开、识别两个图像的特征之间的最小距离,图像分辨率可以在选定的操作条件下，通过测量图像中两个被 分开的细节之间的最小距离得出,正确认识图像分辨率：仪器的分辨率指标不是日常工作能实现的。仪器验收指标实现是用“碳镀金的特殊试样”，特殊工作条件等，日常工作条件和分析的试样都无法满足拍分辨率的要求，再加上使用过程中仪器的电子光学系统的污染，分辨率要大打折扣。例如：分辨率为3nm的W灯丝SEM，用普通试样能达到6nm已经属于高水平了。大部分W灯丝SEM平时的使用的倍率为10000倍以下，10000倍的图像分辨率为30nm。BEI分辨率远低于SEI。,微束分析的一些基础知识,WDS/EDS空间分辨率,空间分辨率微束分析空间特征的一种度量。通常以激发的体积表示,微束分析的一些基础知识,WDS/EDS空间分辨率,分析体积 分析深度 分析面积,相互作用体积在电子束入射面上的投影面积，95%X射线从此面发射并由谱仪吸收,微束分析的一些基础知识,WDS/EDS空间分辨率,影响空间分辨率的因素,加速电压 试样密度 电子束直径,X射线激发体积和试样表面分析区域的大小取决于如下因素,电子扩展范围与加速电压及Z的关系,微束分析的一些基础知识,WDS/EDS空间分辨率,INCA软件对激发体积的估算,黄色：低密度材料(2gm per cm3)蓝色：高密度材料(10gm per cm3)实线=10keV x-射线(元素Z小于32的K系X射线激发能均低于10keV)点线=1 keV x-射线(轻元素K线系X射线激发能低于1 keV)SEM设定的加速电压不同时，图中激发体积也自动变化。,微束分析的一些基础知识,WDS/EDS分析方法,面分析（面扫描）,用能谱仪或波谱仪输出的特征X射线计数，来调制显示器上电子束扫描试样对应的象素点的亮度（或彩色）所形成的图像，称面分布像。特征X射线强度用亮度表示时，亮度越亮，说明元素的含量越高。面分析是用元素面分布像观察元素在分析区域内的分布。研究材料中杂质、相的分布和元素偏析常用此方法。,微束分析的一些基础知识,WDS/EDS分析方法,面分析（面扫描）,微束分析的一些基础知识,WDS/EDS分析方法,小结,点、线、面分析方法的用途不同，检测灵敏度也不同。定点分析灵敏度高，面扫描分析灵敏度最低，但观察元素分布最直观。要根据试样特点及分析目的合理选择分析方法。,微束分析的一些基础知识,WDS与EDS区别,X射线谱仪,WDS一种测定X射线的强度与波长函数关系的装置,EDS一种测定X射线的强度与能量函数关系的装置,微束分析的一些基础知识,EPMA与SEM/WDS的区别,EPMA优点,检出角比SEM大，减少吸收修正量；有光学显微镜（OM），以便准确定位工作距离确保样品在Rowlend圆上；EPMA束流稳定（10-3/h），试样台重复性优。是微区元素定量分析最准确的仪器。,SEM/WDS优点,图像好(W灯丝3nm EPMA 6nm，场发射1.2nm)；谱义倾斜安装，X射线强度对高度不灵敏；定量分析操作方便；价格便宜。对一般工作可以满足要求,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA在矿物研究的主要功能,1.在薄片、光片上直接测定各种矿物的成分（定量），对矿物的进行准确定名（矿相鉴定：通过各元素的百分含量配比完成相的定名）-最主要的作用。,3.Phase 分析软件 有待完善功能，给研究人员提供了一个研究平台,2.通过对矿物的背散射电子图像、主成分和少量成分的定性和定量分析、X射面分析的综合分析，可获得一些工艺矿物学参数。如相分布、元素组成及元素的赋存状态、矿物的嵌布特征、颗粒尺寸、相尺寸等。,4.State分析软件有待完善功能，给研究人员提供了一个研究平台,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA对矿物的定量分析,分析步骤,1.在进行EPMA分析前的准备工作,2.定性分析,3.定量分析的步骤,4.标样应具备的条件,5.定量分析的步骤,6.综合分析定名矿相（这是一个“研究”工作）,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA对矿物的定量分析,1.进行EPMA分析前的准备工作,样品制备：选取有代表性的样品磨制合格电子探针样品。OM镜下观察：必须进行普通光学显微镜下的矿物学观察。A 只有对矿物名称及其成因有了一定了解的前提下，才能针对矿物的特点，结合要求，提出电子探针测试项目。B对于未知矿物，亦应了解其轴性、突起、双折射率范围、颜色、解理等。为确定测试项目及最终定名提供依据。如夕线石、红柱石成分相同，结构及光性特征不同，仅凭成分无法定名。圈定测试微区并对该区作素描。如果不完成此步骤将有二个弊端：A.探针放大400倍，很难在整个试样很快找到欲测矿物，对微细矿物则更困难。B.影响对测试结果的充分使用和合理解释。对样品进行喷碳。,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA对矿物的定量分析,2.定性分析,为未知样品定量分析时确定测试项目和选择标样提供依据。配合光学显微镜解决矿物定名问题。了解元素在样品表面的变化情况。了解普通光学显微镜下不易观察到的矿物微包裹体、微细环带、出熔、反应边、蚀变边、吸附等情况。,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA对矿物的定量分析,定量分析步骤,进行定量分析的步骤合理程序为：确定分析元素：避免X射线的相互干扰元素和排除仪器对微量元素的检出限所限元素，选择标样：选择标样的原则是尽可能与未知样取得一致(结构和浓度)。在最佳的相同的条件下测量未知样与标样中各元素的特征X射线强度。校正及数据处理。,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA对矿物的定量分析,综合分析定名矿相,工艺矿较地质矿的成分、结构等要复杂，在矿物相分析时如果元素含量与化学式无法匹配时应注意：测点位置：若所测样品的粒度很小，有可能仅为一薄膜，或具楔形边，分析时电子束击穿薄膜或楔形边，进入另一矿物。在此情况下，测定结果为多相物质的混合结果。所以，在选测定位置时要注意此问题。可能所分析样品形成于特殊环境：是否含有挥发份等以金云母为例，通常含挥发份，即F、Cl、H2O的含量4%，进行矿相配比时的含量问题。是否为某矿物的新品种：当依据探针分析结果所做的晶体化学式计算与理论式相差较多时，应考虑是否为新变种。是否为新矿物：个别情况，无法将测试结果与可能的几个矿物的化学成份相比较，均在其范围之外，则有可能是新矿物。,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA对矿物的定量分析,综合分析定名矿相,含碱金属元素矿物的定量分析：在对岩石组分分析，需注意长石类、硬玉等含碱金属（K、Na）元素在电子束轰击下，x射线强度非常容易衰减，其衰减程度主要由样品的密度、电子束束斑大小、电子束激发时间的长短而致使能量跃迁。经过加速电压15kv,电流0.02uA，束斑小于10um（min，5um）对硬玉、钠长石进行试验，在前一分钟后x射线强度急剧衰降，二分钟后为初始强度50%左右，超过五分钟仅为原始强度20%左右，但10分钟后可以恢复 以上，因此对含有碱金属元素分 分钟后可以恢复90%以上。因此对含有碱金属（K、Na）元素分析采用大束斑，先测试的顺序。.,电子探针在矿物分析中的应用,EPMA对矿物的定量分析,矿物定量分析的误差范围,电子探针在矿物分析中的应用,电子探针的Phase分析功能,分析步骤,对矿物样品进行背散射电子图像观察对不同灰度区域分别进行多点定性分析，确定主要化学组分。选择主要元素进行定量分析，选择主要元素或重点研究相的元素进行元素面分析（面扫描，采集X射线信号）；启动Phase分析软件，利用元素面分析，根据定量结果选择三个元素，建立三元相图，得出相及分布。,电子探针在矿物分析中的应用,电子探针的Phase分析功能,钠长石和钾长石矿相分析举例,红色以钠长石为主(Albite:NaAlSi3O8)，绿色钾长石为主(Orthoclase:KAlSi3O8)，这些长石也有一些其他元素的存在。,电子探针在矿物分析中的应用,电子探针的Phase分析功能,钠长石和钾长石矿相分析举例,红色以钠长石为主(Albite:NaAlSi3O8)，绿色钾长石为主(Orthoclase:KAlSi3O8)，这些长石也有一些其他元素的存在。,电子探针在矿物分析中的应用,电子探针State状态分析功能,分析原理,利用元素在不同相中的谱峰的位置、形状、强度比等判定该元素存在价态进行相分析,碳的状态分析图形,峰形的变化,电子探针在矿物分析中的应用,电子探针State状态分析功能,分析原理,硅的状态分析图形,峰形与峰位的偏移,Si,SiC,Si3N4,SiO2,利用元素在不同相中的谱峰的位置、形状、强度比等判定该元素存在价态进行相分析,电子探针在矿物分析中的应用,电子探针State状态分析功能,分析原理,Fe Lb/La=0.108FeOLb/La=0.502Fe3O4Lb/La=0.454Fe2O3Lb/La=0.394,铁的状态分析图形,强度比值的变化,扫描电镜在矿物分析中的应用,扫描电镜在矿物分析中的主要作用,通过对矿物的背散射电子图像、能谱仪对主成分和少量成分的定性半定量分析、元素X射面分析等综合分析，可获得一些工艺矿物学参数。如相分布、元素组成及元素的赋存状态、矿物的嵌布特征、颗粒尺寸、相尺寸等。（院目前岩相分析的主要手段）,Mineral Liberation Analyser,简称MLA是工艺矿物学参数自动测试系统，可获得几乎所有工艺矿物学参数。打破了传统工艺矿物学测试为人为在显微镜下统计，费时费力且往往难以及时地为选矿工艺研究提供矿物信息和数据。尤其是对低含量和复杂矿石，检测工艺矿物学参数的难度更大。,电子背散射衍射技术EBSD，结构和取向分析系统。适用于金属及合金的晶体结构和取向分析，对于复杂的矿物相分析效果不理想。,扫描电镜在矿物分析中的应用,MLA矿物参数自动分析系统,工作原理,MLA技术通过扫描电镜、能谱分析技术与MLA软件的结合。利用背散射电子图像区分不同物相，利用能谱分析快速而“准确”地鉴定矿物，利用MLA图像分析软件获取工艺矿物学“统计”参数。自动采集不同物相的能谱数据，利用能谱产生的X射线准确鉴定矿物，建立样品矿物标准库、计算机自动拟合计算后获取工艺矿物学参数。所能给出的工艺矿物学参数包括矿物种类、组成及含量、矿物粒度分布、矿物嵌布图像、目标矿物解离度，目标矿物与其它矿物连生程度、元素赋存状态、目标矿物的品位等。,扫描电镜在矿物分析中的应用,熟料样品（Sample A）和烧结矿（Sample B）,测量方法,主要目的；是确定样品中物相的面积百分比,MLA矿物参数自动分析系统,扫描电镜在矿物分析中的应用,熟料样品（Sample A）,主要构成：Fe-Ti-VMn 硅酸盐Fe-Ti-V-Mn和Ca的氧化物是一个硅酸盐和氧化物的复杂的混合物,MLA矿物参数自动分析系统,扫描电镜在矿物分析中的应用,熟料样品,XBSE测量：相分布,MLA矿物参数自动分析系统,扫描电镜在矿物分析中的应用,熟料样品,按面积分选的颗粒,MLA矿物参数自动分析系统,扫描电镜在矿物分析中的应用,熟料样品,四个主要相的晶粒尺寸分布（等效圆计算）,MLA矿物参数自动分析系统,扫描电镜在矿物分析中的应用,烧结矿（Sample B）,主要构成：铁的氧化物组成（Fe-oxides）含高钙硅酸盐占样品面积的20%,MLA矿物参数自动分析系统,扫描电镜在矿物分析中的应用,烧结矿（Sample B）,GXMAP物相分布,MLA矿物参数自动分析系统,扫描电镜在矿物分析中的应用,烧结矿,GXMAP物相分布,MLA矿物参数自动分析系统,感 悟,矿物分析的一点感悟,细节决定成败,显微分析很重要，但千万不能脱离宏观分析与现场生产工艺，否则将成为瞎子摸象,哪些问题显微分析能做？,微束分析的一些基础知识,不同制备方法样品横截面刻蚀范围比较,谢谢！,谢 谢！,