铁矿石中的铁元素含量高低悬殊,有的高达20%以上,有的只有百分之几。为保证分析的精密度和准确度。必须按不同情况选择不同的测试方法。总的原则是高含量采用容量法,低含量(5%以下)采用比色法。
目前铁的化学分析现行国家标准有:GB/T 6370.70—2013《铁矿石 全铁含量的测定 氯化亚锡还原滴定法》,GB/T 6730.65—2009《铁矿石 全铁含量的测定 三氯化钛还原重铬酸钾滴定法(常规方法)》,GB 6730.7—1986《铁矿石化学分析方法 磺基水杨酸光度法测定金属铁量》。此外,文献还报道了在国标GB/T 6730.70—2013 基础上改进的无汞氯化亚锡还原滴定法(谢岁强等,2013)。
一、氯化亚锡-次甲基蓝-还原滴定法
1.原理
试样用酸分解后,以次甲基蓝作为预还原反应指示剂,用氯化亚锡将溶液中的三价铁还原为二价铁,然后以二苯胺磺酸钠为指示剂,用重铬酸钾标准滴定溶液滴定还原后的Fe2+。
发生的反应为:
2Fe3++Sn2++6Cl-→2Fe2++SnCl2-6
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该方法的优点是避免了使用对环境产生污染的氯化汞。
2.试剂及配制
(1)盐酸(1+1)。
(2)硫酸-磷酸混合酸:将75mL浓硫酸缓缓倒入350mL水中,冷却后加入75mL磷酸,搅匀。
(2)重铬酸钾标准溶液(0.01667mol/L):准确称取1.2259g于140℃干燥2h的基准试剂K2Cr2O7,用少量水溶解后定容于250mL容量瓶中。
(3)氯化亚锡溶液(50g/L):称取5g氯化亚锡(SnC12·2H2O)溶于100mL盐酸(1+1),使用前一天配制。
(4)次甲基蓝溶液(2.94g/L):称取0.294g次甲基蓝,用少量蒸馏水溶解后定容于100mL容量瓶中。
(5)二苯胺磺酸钠指示剂溶液(2g/L):称取0.1g二苯胺磺酸钠,用少量蒸馏水溶解后定容于50mL容量瓶中。
3.分析步骤
准确称取0.2000g试样于250mL锥形瓶中,用少量水润湿后加入10mL盐酸(1+1),并滴加8~10滴氯化亚锡溶液助溶。盖上表面皿,在低温电炉上加热至残渣变为白色(SiO2)时表明试样溶解完全,停止加热,用少量蒸馏水冲洗表面皿和锥形瓶内壁,加入2滴次甲基蓝溶液,趁热用滴管小心滴加氯化亚锡溶液以还原Fe3+,边滴加边摇动,直至蓝色恰好消失,冲洗瓶壁。然后用流水冲洗锥形瓶外壁,以使溶液迅速冷却至室温。将试液加水稀释至150mL,加入15mL硫酸-磷酸的混酸,再加入5~6滴二苯胺磺酸钠指示剂,立即用重铬酸钾标准溶液小心滴定至浅蓝色(不计体积),再滴定至溶液呈稳定的蓝紫色即为终点。与试样分析的同时进行空白实验。
4.计算结果
按下式计算全铁含量:
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式中:w(TFe)——全铁质量分数,%;
——重铬酸钾标准溶液的浓度,mol/L;]]
——滴定分析中消耗重铬酸钾标准溶液的体积,mL;]]
Fe——铁的摩尔质量,55.845g/mol;
ms——称取铁矿石试样的质量,g。
5.思考题
(1)为什么要趁热滴加氯化亚锡溶液
(2)次甲基蓝要控制在2~3滴,过多或过少会有什么影响
二、氯化亚锡还原滴定法
1.原理
试样用酸分解后,用氯化亚锡将溶液中的三价铁还原为二价铁,然后用氯化汞氧化过量的氯化亚锡。以二苯胺磺酸钠为指示剂,用重铬酸钾标准溶液滴定还原的二价铁。
发生的反应为:
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2.试剂及配制
(1)硫-磷混合酸(2+3):20mL硫酸缓缓加入到30mL磷酸中,边加边搅拌。
(2)硫-磷混合酸:将75mL浓硫酸缓缓倒入350mL水中,冷却后加入75mL磷酸,搅匀。
(3)氯化亚锡溶液(15%):15g氯化亚锡(SnCl2·2H2O)溶于30mL盐酸中,加水稀释至100mL,使用前一天配制。
(4)氯化汞溶液(5%):5g氯化汞溶于100mL水中。
(5)二苯胺磺酸钠指示剂溶液(2g/L)。
(6)重铬酸钾标准溶液:称取3.5119g预先在140℃烘干1h的重铬酸钾(基准试剂)于200mL烧杯中,以少量水溶解后,移入1000mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀、定容。1.00mL此溶液相当于0.0040g铁。
3.分析步骤
准确称取0.2000g试样于250mL锥形瓶中,加0.5g氟化钠,用少许水润湿后,加入10mL硫磷混合酸(2+3),摇匀,加热分解。待试样分解完全后,继续加热至冒三氧化硫白烟,取下冷却,加入10mL盐酸,低温加热至近沸,取下趁热滴加氯化亚锡溶液至Fe3+黄色消失,并过量2滴,用水冲洗杯壁,在水槽中冷却,迅速加入5%氯化汞溶液10mL,搅拌后放置3~5min。加硫-磷混合酸15mL,用水稀释至150mL,加1%二苯胺磺酸钠指示剂2滴,用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈现蓝紫色即为终点。与试样分析的同时进行空白实验。
4.计算结果
按下式计算全铁含量:
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式中:w(TFe)——全铁的质量分数,%;
V——滴定试液所用重铬酸钾标准溶液的体积,mL;
T——重铬酸钾标准溶液对铁的滴定度(g/mL);
m——称取试样的质量,g。
5.思考题
(1)硫-磷混酸溶样时,为什么需要不断地摇动锥形瓶
(2)硫-磷混酸溶矿温度要严格控制
(3)氯化亚锡还原三价铁的滴加量应严格控制,为什么
三、EDTA容量法
1.原理
不同的pH条件下,三价铁离子能与磺基水杨酸形成不同的络合物。在pH1.3~2的溶液中,磺基水杨酸与三价铁能形成红紫色络合物,但其络合强度远小于EDTA与三价铁的络合强度。因此在滴定达到终点时,溶液由红紫色变为Fe3+-EDTA络合物的淡黄色。其反应为:
Fe3++3[HSO3-C6H3(OH)COONa]→3Na++Fe[HSO3-C6H3(OH)COO]3
Fe[HSO3-C6H3(OH)COO]3+EDTA→Fe3+-EDTA+[HSO3-C6H3(OH)COO]-
(红紫色) (淡黄色)
在酸性溶液中滴定,可避免许多离子的干扰。该法适用于5%以下铁的测定。
2.试剂及配制
(1)盐酸。
(2)氟化铵。
(3)硝酸(1+3)。
(4)磺基水杨酸(20%):20g磺基水杨酸加入80mL水。
(5)铁标准溶液(1mg/mL):称取纯三氧化二铁1.4297g置于250mL烧杯中,加盐酸20mL低温加热溶解。转入1000mL容量瓶中,加盐酸30mL,用水稀释至刻度,摇匀。
(6)EDTA标准溶液(0.02mol/L):7.44g乙二酸四乙酸钠(EDTA)溶于1000mL水中。
EDTA标准溶液的标定:吸取20mL铁标准溶液放入250mL锥形瓶中,滴加1∶1氨水至出现沉淀,用1∶3硝酸将沉淀溶解,过量4~5滴,用水稀释至约100mL。将溶液加热至50~70℃,取下趁热加入1mL20%磺基水杨酸,用EDTA标准溶液滴定至溶液颜色由紫红色变为亮黄色即为终点。由EDTA消耗的体积计算对铁的滴定度。
3.分析步骤
准确称取0.2000g矿样置于250mL烧杯中,用水润湿。加10mL盐酸,加热分解,若试样分解不完全,可加入氟化铵0.1~0.2g。分解过程加入几滴硝酸煮沸,氧化可能存在的二价铁,并继续加热将氯气驱尽。用1∶1氨水中和至出现氢氧化铁沉淀,用1∶3硝酸将沉淀溶解,过量4~5滴,用水稀释至约100mL。将溶液加热至50~70℃,取下趁热加入1mL20%磺基水杨酸,用EDTA标准溶液滴定至溶液颜色由紫红色变为亮黄色即为终点。由EDTA消耗的体积计算对铁的滴定度。与试样分析的同时进行空白实验。
4.结果计算
按下式计算全铁含量:
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式中:w(TFe)——全铁的质量分数,%;
V——滴定试液所用EDTA标准溶液的体积,mL;
T——重铬酸钾标准溶液对铁的滴定度,g/mL;
m——称取试样的质量,g。
5.思考题
(1)溶样时,加入氟化铵的作用是什么
(2)实验过程中用1∶3硝酸溶解沉淀时,为何要过量几滴