铁矿中磷属有害元素,但一般含量很低。采用碳酸钠-硝酸钾半熔,水提取,使磷转入溶液而与铁分离,以磷钒钼黄分光光度法测定,此法应用较广。对于微量磷的测定,则宜采用钼蓝分光光度法,也可以用磷钼酸铵容量法。
磷的测定方法有 GB/T 6730.18—2006《铁矿石磷含量的测定铝蓝分光光度法》,GB/T 6730.19—1986《铁矿石化学分析方法铋磷钼蓝光度法测定磷量》,GB/T 6730.20—1986《铁矿石化学分析方法容量法测定磷量》。
一、磷钒钼黄分光光度法
1.原理
在5%~8%的硝酸溶液中,磷酸根离子与钒酸铵及钼酸铵作用,生成可溶性的磷、钒、钼黄色络合物,在420nm(或蓝色滤光片)处测量其吸光度,根据吸光度值比照标准曲线求出磷元素的浓度。
2.试剂及配制
(1)碳酸钠-硝酸钾混合熔剂(12∶1):将一份硝酸钾研细,再与12份无水碳酸钠一起研磨,充分混匀。
(2)硝酸(无色):将硝酸倒入烧杯中,加热煮沸至无色后冷却。贮于棕色磨口玻璃瓶中。
(3)钒酸铵溶液(0.3%):称1.5g 钒酸铵(NH4VO3)溶于500mL25%硝酸溶液中,搅拌使其溶解后,贮于棕色瓶中。
(4)钼酸铵溶液(10%):称10g钼酸铵[(NH4)6Mo7O24·4H2O]于100mL水中,在60~70℃加热溶解(如有浑浊应过滤),现用现配。
(5)五氧化二磷标准溶液:称取0.1917g在110℃烘干的磷酸二氢钾(KH2PO4)于250mL烧杯中,用少量水溶解,转移至1000mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。此溶液1mL含100μg五氧化二磷。
3.分析步骤
(1)磷标准曲线的绘制:取0、50、100、200、400、800和1200μg五氧化二磷标准溶液,分别置于100mL容量瓶中,用水稀释至约70mL,加硝酸(无色)6mL,摇匀,冷却。按顺序加入0.3%钒酸铵溶液8mL及10%钼酸铵溶液7mL(每加一种试剂必须摇匀),用水稀释到刻度,摇匀。放置0.5h,用3cm比色皿于420nm处测量吸光度,绘制标准曲线。
(2)试样分析:准确称取0.4000g试样,置于预先加有8g碳酸钠-硝酸钾混合熔剂的瓷坩埚中,充分搅匀后再覆盖一层混合熔剂。置于高温炉中升温至750℃并保持45min,取出冷却。将半熔物移入150mL烧杯中,用水洗净坩埚并稀释到50mL,加热煮沸数分钟,捣碎熔块。如出现高价锰的绿色,加入少许过氧化钠使锰沉淀并煮沸数分钟赶去过氧化氢,冷却,移入100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。放置澄清或干过滤。吸取25mL(相当于0.1g试样),置于100mL容量瓶中,加对硝基酚指示剂1~2滴,用硝酸中和并过量6mL,摇匀,冷却。按标准系列手续显色,测量溶液的吸光度并据此计算磷的含量。与试样分析的同时进行空白实验。
4.结果计算
根据测得的吸光度在标准曲线上查出所测溶液的浓度,依据下式计算试样中磷的含量:
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式中:w(P2O5)——P2O5的质量分数,%;
m1——标准曲线上查出的质量,μg;
m——称取试样的质量,g。
5.思考题
溶样过程中,为何要使用无色硝酸
二、磷钼酸铵容量法
1.原理
矿样经盐酸溶解,在有柠檬酸的溶液中,煮沸后加过量的钼酸铵,生成磷钼酸铵黄色沉淀,沉淀溶于过量氢氧化钠溶液中,用硝酸标准溶液滴定过剩的氢氧化钠。发生的反应如下:
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矿样中如有有机物存在,会影响沉淀的完全,可在中和前滴加高锰酸钾溶液,煮沸使其氧化。
硫酸根严重干扰测定,含量大于5mg,可加入银盐沉淀消除。大量的氯离子有影响,盐酸浓度低于0.15mol/L无影响。砷、硅能抑制沉淀的析出并生成砷(硅)钼酸盐,应加柠檬酸消除。
2.试剂及配制
(1)氨水。
(2)硝酸。
(3)钼酸铵溶液:称取68g钼酸铵于烧杯内,加水680mL,加热溶解,然后加52.6g柠檬酸,54g硝酸铵,搅拌溶解后再加680mL水,缓慢倒入预先混有380mL水和253mL硝酸的2000mL的烧杯中,在搅拌下加入数滴10%磷酸氢二铵溶液,搅匀,煮沸5min,冷却,放置过夜,取上部清液使用。
(4)中性硝酸钾溶液(1%)(用磷钼酸铵黄色沉淀饱和过的):取适量磷酸或磷酸氢二铵,按分析步骤制成磷钼酸铵黄色沉淀,过滤后洗涤至无中性,将沉淀放入1%硝酸钾溶液中,摇动使之饱和,放置过夜,过滤或取上层清液使用。
(5)氢氧化钠标准溶液(0.1mol/L):称取4.0000g氢氧化钠(优级纯)溶于煮沸并冷却的水中,以水定容至1L。
(6)硝酸标准溶液(0.1mol/L):吸取25mL硝酸标准溶液置于200mL锥形瓶中,加酚酞3滴,以氢氧化钠标准溶液滴定求出硝酸与氢氧化钠标准溶液之比值K。
3.分析步骤
准确称取试样2.0000g于200mL烧杯中,用少许水湿润,加15mL盐酸,盖上表面皿,加热分解样品,低温蒸发至体积3mL左右,加3mL硝酸,继续加热使试样溶解完全。取下加水约15mL,加热后,用中速滤纸过滤、于250mL锥形瓶中,用1%热硝酸洗净烧杯和残渣,体积控制在50mL左右。用氨水中和至生成的氢氧化物沉淀不再溶解,立即滴加硝酸溶解沉淀,加热至近沸,加80mL钼酸铵溶液,加热煮沸5min。取下冷却至室温,用倾泻法以致密滤纸过滤,用1%硝酸溶液洗涤3~4次,再用中性硝酸钾洗液冲洗烧杯6次,继续洗滤纸及沉淀直至滤液呈中性。检验方法:收集滤液约10mL,加酚酞指示剂1滴,加1滴0.1mol/L氢氧化钠溶液,如呈现红色即完成洗涤。洗涤完毕后,将滤纸和沉淀一起移入原烧杯中,准确加入0.lmol/L氢氧化钠标准溶液,使沉淀充分溶解后,过量2~3mL(V1)。加已煮沸过的冷却水20mL,加入酚酞指示剂3滴,稍放片刻,用0.1mol/L硝酸标准溶液滴定至红色退去为终点(V2)。与试样分析的同时进行空白实验。
4.结果计算
根据滴定所消耗标准溶液的体积,依据下式计算试样中磷的含量:
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式中:w(P2O5)——P2O5的质量分数,%;
K——硝酸标准溶液与氢氧化钠的比值;
T——氢氧化钠标准溶液对P2O5的滴定度;
m——称取试样的质量,g。