甘肃稀土新材料股份有限公司检测中心 甘肃白银 730922
摘要：本文通过能谱与扫描电镜联合应用的实例，探讨了成分衬度像与能谱电分析技术相结合来进行稀土精矿微区分析的方法。其中对成分衬度像拍照技巧，稀土精矿中各种元素的赋存状态识别等进行较深入的探索。
关键词：扫描电镜 能谱 稀土生产 应用
能谱仪(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)是用来对材料微区成分元素种类与含量分析，其基本原理是通过电子束与样品相互作用后激发产生特征X射线能谱来鉴定组成元素种类并可同时测定组成元素的含量。在稀土生产中可利用能谱仪配合扫描电镜对稀土精矿颗粒进行微区分析，从而确定其元素种类、含量。依据稀土精矿微区分析数据，可达到对稀土精矿的相组成、结构特点等进行
合理的统计分析，为有针对性的选择冶炼手段提供依据。
1 材料与方法
1.1样品原料和仪器
实验用稀土矿有来源于内蒙古包头白云鄂博地区的稀土精矿。
日本SU8010型冷场扫描电镜配EDAX能谱仪。
德国D8 Advance型X射线衍射仪。
1.2稀土矿石能谱微区分析样品制备
将样品撒在样品台的双面胶，用手指轻弹样品台四周，粉料会均匀的向胶面四周移动，铺平一层，倒置样品台，把多余材料抖掉，然后用纸边轻刮颗粒面，并轻压使其与胶面贴实，用洗耳球按由内至外方向吹掉粘结不牢的多余粉料。
2.结果与讨论
2.1成分衬度像在微区分析中的应用
成分衬度像：在检测表面光滑平整的样品时，没有微区形貌干扰，如果样品是由两种以上物质组成，则可以获得成分衬度像图。背散射电子像就可以用来显示形貌衬度，也可以用来显示成分衬度，如图1中B、D。
2.1.1成分衬度像的拍照技巧
直接拍成分衬度像，因图像立体感差不易调节清楚，通过不断摸索发现，可通过先选用高角度背散射模式附加二次电子上下探头模式，调节至图像清楚。如图1中A、C，然后撤去二次电子，再稍加调节即可获得清晰的成分衬度像。如图1中B、D。
通过上面两组图像的对比我们不难发现，表面较平整的颗粒其成分衬度像效果也较明显。这是因为不平坦的颗粒低洼处电子信号被遮挡的原因。当然成分衬度像清晰与否还和颗粒的成分差别有关，一般来说，元素序号差越大图像黑白对比越明显。
A B
C D
图1 普通像与成分衬度像效果对比
图2 颗粒深色区域的能谱图 图3颗粒浅色区域能谱图
表1颗粒与镶嵌物成分对比/%
序号 | C | O | F | Na | Al | P | S | Ca | La | Ce |
1 | 13.36 | 45.37 | 12.04 | / | 0.47 | 0.27 | 8.75 | 10.63 | 3.59 | 5.51 |
2 | 17.16 | 31.01 | 17.36 | 3.16 | 1.33 | / | / | / | 11.51 | 18.46 |
2.1.2应用成分衬度像快速获取稀土精矿颗粒元素种类与含量
如图1中B是稀土精矿颗粒的成分衬度像，分别选取图中最大颗粒深色和浅色区域进行微区分析，所得图谱如图2、图3，成分分析结果见表1。由图表中数据可知，利用成分衬度像可以迅速识别稀土精矿中颜色不同颗粒至的元素种类和含量，为有针对性的冶炼各种稀土矿带来了便利。
2.1.3成分衬度像在观察稀土精矿连生颗粒中的应用
含有稀土的原矿岩的稀土原矿通过选矿后所得到的高稀土档次的产品称为稀土精矿。精矿中的稀土与原矿岩中的稀土的赋存状态根本相同，仍然是难溶于水和一般条件下的无机酸的混合化合物。为使其易溶于水和无机酸，以便于从中收回稀土，工业上依据精矿中稀土存在的形状而选用相应的办法，将稀土矿藏转化为易于提取稀土的化合物。为此依据矿源不同，了解稀土在精矿中的赋存状态、主要杂质的伴生形态等，依据所用精矿特性调整生产方案就显得格外重要，扫描电镜能谱可以及时直观的测试到稀土精矿的这些特性。
图 4镶嵌了独居石颗粒的氟碳铈颗粒 图5 黏连了碳酸钙颗粒的氟碳铈颗粒
图6 镶嵌了石灰石颗粒的氟碳铈颗粒 图7氟碳铈晶粒的镶嵌状态
利用成分衬度像4至7不难发现稀土精矿连生颗粒类型，图4为镶嵌了独居石颗粒的氟碳铈颗粒；图5为黏连了碳酸钙颗粒的氟碳铈颗粒；图6为夹杂了石灰石颗粒的氟碳铈颗粒；图7为氟碳铈晶粒间的镶嵌关系。
显然利用成分衬度像研究稀土精矿连生颗粒间镶嵌、黏连等连生关系十分方便。
2.2能谱微区分析技术在稀土精矿中的应用
2.2.1能谱微区分析技术在包头稀土精矿中的应用
采用能谱点分析法对包头稀土精矿中颗粒进行随机测试，测试数据见表2，分析表中数据可知，在21次测试中有19次都测到镧、铈两种元素，镨、钕、钐等在稀土精矿中相对含量较高的元素总共有12次测到。
氟、碳、铈三种元素被同时测到的次数是15次，这充分论证了包头稀土精矿属于氟碳铈稀土精矿；几乎每个精矿颗粒中都测到了铝、这说明铝普遍存在于精矿颗粒中；由磷的测试数据可看出，它的含量要么较高要么较低，这与氟碳铈与独居石伴生关系是吻合的，配合X射线衍射可知其也以磷灰石结构存在，参见图7；钙也是稀土精矿的主要杂质被测到的几率基本是一半，说明氟碳钙铈相广泛存在于稀土精矿中，参见图8。硫和铁被同时测到4次，其中第11次和第18次测试实验中稀土含量较低，硫和铁含量较高，这与稀土矿选自于铁矿是吻合的，说明稀土精矿颗粒中混有较少量的硫铁矿颗粒。第19次测试结果为氧化铁矿石颗粒。
图8 包头稀土精矿XRD图谱
3结论
利用能谱微区分析对包头稀土精矿进行大量测试的基础上，提出了利用成分衬度像识别精矿中不同颗粒，并对制样、拍摄技巧、应用方法、连生颗粒类型识别等，通过实验进行了探讨、并对能谱微区分析点分析法在包头稀土精矿中的应用方法做了探索。
应用文中能谱与电镜应用技巧可达到高效、合理解剖稀土精矿元素赋存状态为稀土精矿冶炼、其他稀土产品或原料进行能谱分析提供了有效的借鉴。
参考文献
张大同. 扫描电镜能谱分析技术[M]. 华南理工大学,2008
陈世朴，王永瑞.金属电子显微分析 [M].北京：机械工业出版社，1983
朱宜，汪裕苹，陈文雄.扫描电镜图像形成处理和显微分析[M].北京：北京大学出版社，1991
序号 | La | Ce | Pr | Nd | Sm | C | O | F | Na | Mg | Al | Si | P | S | Ca | Ba | Fe | Zn | 其他 |
1 | 8.01 | 24.90 | 4.08 | 12.71 | / | 11.08 | 24.07 | 5.09 | / | / | 1.91 | / | / | / | 8.16 | / | / | / | / |
2 | 10.05 | 17.66 | / | / | / | 13.68 | 38.32 | 7.22 | / | / | 1.61 | / | 9.88 | / | / | / | / | 0.37 | Mo：1.21 |
3 | 9.92 | 17.49 | 1.64 | 4.26 | / | 12.13 | 37.75 | 4.34 | / | / | 1.62 | / | 10.53 | / | / | / | / | 0.32 | / |
4 | 9.67 | 16.81 | / | 4.26 | / | 11.23 | 37.92 | 5.45 | 2.61 | / | 1.72 | 0.29 | 10.33 | / | / | / | / | / | / |
5 | 12.49 | 23.74 | 2.39 | 7.37 | 1.08 | 12.42 | 27.79 | 9.97 | / | / | 1.78 | 0.29 | 0.34 | / | 0.08 | / | 0.26 | / | / |
6 | 10.01 | 17.22 | / | 3.9 | / | 17.12 | 31.65 | 18.15 | / | / | 1.95 | / | / | / | / | / | / | / | / |
7 | 14.27 | 21.53 | 2.97 | 5.06 | / | 23.2 | 20.63 | 4.72 | / | 0.42 | 6.09 | / | 0.42 | / | 0.7 | / | / | / | / |
8 | 7.96 | 11.88 | 1.53 | 2.6 | / | 22.58 | 31 | 17.3 | / | 1.1 | 2.73 | 0.37 | / | / | 0.96 | / | / | / | / |
9 | 7.35 | 16.85 | / | 5.56 | 1.44 | 12.17 | 19.45 | / | / | 0.39 | 5.46 | / | 0.76 | 1.1 | / | 27.26 | 2.21 | / | / |
10 | 11.15 | 27.51 | 3.98 | 8.06 | 0.95 | / | / | / | / | 0.85 | 10.93 | / | 0.69 | 1.62 | 1.04 | 31.99 | 1.24 | / | / |
11 | 1.43 | 1.74 | / | / | / | 18.24 | 6.35 | / | / | / | 1.73 | / | / | 36.78 | / | / | 33.73 | / | / |
12 | 1.36 | 3.27 | / | 0.76 | / | 5.75 | 22.62 | 5.3 | / | / | 1.48 | / | 0.02 | / | 56.93 | / | 2.52 | / | / |
13 | 1.45 | 2.08 | / | / | / | 4.53 | 36.05 | 8.02 | / | / | 0.42 | / | 12.03 | / | 30.73 | / | 1.12 | / | / |
14 | 5.35 | 8.73 | 1.06 | / | / | 22.29 | 35.3 | 16.36 | / | / | 0.36 | / | 0.96 | / | 6.47 | / | / | / | Ga：0.89 |
15 | 8.20 | 13.19 | / | / | / | 18.56 | 34.1 | 24.64 | / | / | / | / | / | / | / | / | / | / | / |
16 | 12.51 | 19.72 | / | / | / | 14.75 | 31.96 | 18.4 | / | / | 1.35 | / | 0.63 | / | 0.68 | / | / | / | / |
17 | 11.36 | 15.65 | / | / | / | 16.58 | 32.98 | 21.91 | / | / | 1.27 | / | / | / | / | / | / | / | Y：0.35 |
18 | / | / | / | / | / | 16.72 | / | / | / | / | 0.26 | / | / | 44.05 | / | / | 38.96 | / | / |
19 | / | / | / | / | / | 9.52 | 41.03 | / | 4.05 | / | 0.92 | / | / | / | / | / | 43.45 | / | Ti：1.02 |
20 | 10.73 | 20.83 | / | 4.37 | / | 12.26 | 36.78 | 2.50 | / | / | 1.20 | / | 11.32 | / | / | / | / | / | / |
21 | / | 0.45 | / | / | / | 8.48 | 43.90 | 8.18 | 2.51 | / | 0.59 | / | 13.09 | / | 22.80 | / | / | / | / |
表2包头白云稀土矿能谱测试数据/%
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