本文摘要

本文介紹了馬爾文帕納科為石墨微量無機組分提供了一種前處理簡單、環(huán)保、安全且快速的分析方法。這套XRF分析方法，采用壓片制樣，樣品無需消解，過程自動化程度高，為選礦、研發(fā)及生產(chǎn)提供了更高效、便捷且準確的解決方案。

應(yīng)用背景

石墨由于其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性，是優(yōu)質(zhì)的鋰電池負極材料。同時得益于廉價易得和易于加工的特點，石墨化碳材料成為當今商業(yè)化最早、應(yīng)用廣泛且成熟的負極材料。

在石墨材料應(yīng)用于鋰電行業(yè)的過程中，原生礦物當中含有的硅鋁鈣鎂鐵等雜質(zhì)元素，以及通過表面處理、包覆改性、摻雜等方式引入最終產(chǎn)品中的不同元素，其含量信息和分布負載情況對于最終產(chǎn)品的比容量、倍率性能等有著突出影響。如何測定這部分無機組分對于選礦、研發(fā)及生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

常用檢測方法的桎梏

當前，業(yè)內(nèi)較多使用濕法化學(xué)分析石墨中的微量元素，過程中需通過灰化或消解方法進行樣品前處理，相關(guān)的現(xiàn)行標準有：JC/T 2571-2020和YS/T 587.5-2006。由于石墨材料的特性，灰化前處理對于坩堝材料非常苛刻，鉑坩堝易損成本高昂，瓷坩堝存在樣品損耗，其他材質(zhì)坩堝易污染樣品。同樣的，消解法前處理則存在樣品殘留的問題。

馬爾文帕納科解決方案

相對而言，XRF具有前處理簡單、環(huán)保、安全和快速的特點，通過適宜的譜儀選型和調(diào)試可以實現(xiàn)寬元素范圍內(nèi)的ppm級分析，且具有優(yōu)異的分析精度。對于石墨材料從礦產(chǎn)品到負極材料過程中的微量無機組分分析，XRF有著突出的應(yīng)用優(yōu)勢。

馬爾文帕納科作為擁有百年X射線分析設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)歷史的XRF供應(yīng)商，不僅在產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力，而且也努力通過豐富的專業(yè)知識整合技術(shù)方案以饗行業(yè)用戶。對于石墨材料，馬爾文帕納科通過整合旗下最新型號的Zetium高功率XRF光譜儀、一整套碳基參考物質(zhì)和應(yīng)用軟件和知識，提供了一套一站式的分析解決方案。

Zetium 

X射線熒光光譜儀

樣品制備：

該方案采用了便捷的壓片式樣品前處理方式，不需要進行樣品的消解，且過程自動化程度高，在必要情況下可以進行整體流程的全自動化改造。樣品壓片如圖1所示。

圖1 石墨樣品壓片

Zetium XRF光譜儀進行分析：

前處理完成的石墨壓片將在Zetium高功率XRF光譜儀上完成分析，分析中使用了馬爾文帕納科的石墨中微量無機組分分析方案MPBG，結(jié)果中涵蓋Na-Mo范圍內(nèi)18個無機元素的濃度結(jié)果。方案中使用的部分元素工作曲線示例如圖2-4。

圖2 V元素的工作曲線

圖3 Ni元素的工作曲線

圖4 Mo元素的工作曲線

為了適應(yīng)當前石墨材料對于微量組分的關(guān)注，分析方案中的各元素曲線范圍也進行了相應(yīng)的濃度匹配，并評估了相應(yīng)的檢出下限。曲線濃度范圍和檢出下限信息如表1和表2所示。

表1 MPBG方案的曲線濃度范圍

表1 MPBG方案的曲線濃度范圍

同時，為了驗證方法的有效性，本實驗中使用了進口標物BAM S009進行了數(shù)據(jù)比對，部分金屬元素的比對結(jié)果如表3所示。

表3 BAM 5009的XRF結(jié)構(gòu)準確性對比

結(jié)論

綜上所述，馬爾文帕納科通過一站式的分析解決方案設(shè)計充分滿足業(yè)界對于石墨材料分析的需要，并大程度上發(fā)揚了XRF方法制樣和分析流程簡單、元素分析范圍廣、結(jié)果精度高等特點。

由于目前高純石墨標準物質(zhì)稀缺，本文僅展示了少量的準確性比對結(jié)果。未來我們將繼續(xù)尋找適當?shù)奶蓟鶚悠烽_展更詳盡的數(shù)據(jù)比對工作。

【參考文獻】

[1] 吳寶亮，石墨負極材料的發(fā)展歷史與研究進展[J]. 炭素技術(shù). 2022.4.

[2] 葛鵬，高純石墨中雜質(zhì)成分的檢測研究[J]. 礦冶工程. 2010.6.

[3] 趙良成，碳酸鈉堿熔-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定石墨中的常量元素硅鋁鈣鎂鐵鈦錳磷[J]. 巖礦測試. 2015.5.

[4] 羅望群，淺議石油焦對鋰電池負極材料發(fā)展的重要作用[J]. 當代石油化工. 2023.1.