滴定分析法測定鐵礦石中鐵含量

周巖

【摘 要】我國蘊(yùn)含著豐富的礦產(chǎn)資源，其中鐵礦的產(chǎn)量居世界領(lǐng)先水平。鐵在工業(yè)中有大量的應(yīng)用，存在于生活中的各個(gè)角落，社會(huì)的發(fā)展使得對鐵的需求量逐漸增大，人們對鐵礦的開采日益增多，鐵礦石根據(jù)不同的含鐵量可以分為不同的品位，鐵含量越高鐵礦石質(zhì)量越好品位越高。鐵是發(fā)現(xiàn)較早的金屬之一，對于鐵的測定方法有很多，其中重鉻酸鉀滴定法較為準(zhǔn)確，其過程簡單易行，其結(jié)果穩(wěn)定可靠，是一種科學(xué)的測定方法。但這種方法中的汞會(huì)對環(huán)境造成污染，因此使用具有一定的局限性?，F(xiàn)在人們逐漸使用其他物質(zhì)代替汞元素，消除汞、鉻對于環(huán)境造成的污染，提高了此方法的環(huán)保性與可行性。本文就簡要的論述重鉻酸鉀滴定法的原理及其優(yōu)點(diǎn)，并介紹一下改進(jìn)后的滴定分析法。

【關(guān)鍵詞】滴定分析法；鐵礦石；鐵含量

0.引言

鐵是人們發(fā)現(xiàn)較早，使用較早的一種金屬元素。鐵一般以化合物的形態(tài)存在與自然界中，想要使用鐵就需要對含有鐵元素的礦產(chǎn)進(jìn)行提取。鐵的含量不同鐵礦可以分為不同的種類，其中磁鐵礦和赤鐵礦中的鐵含量較多，品味較高，其他的幾種鐵礦含鐵量較少，提取鐵的過程較為復(fù)雜，成本較高，需要更多地人力物力財(cái)力。礦質(zhì)一般混合為一體，有多種元素組合而成，因此對礦質(zhì)的測定分析提取顯得尤其的重要。鐵礦石中含有其他的物質(zhì)，如錳、銅、金、銀等，測定鐵礦石中的鐵含量需要排除其他元素的影響。鐵的歷史較為悠久，對測定鐵的研究方法也有很多，傳統(tǒng)的鐵測定方法較為復(fù)雜，不適合在現(xiàn)場施工的環(huán)境中使用，因此測定方法不斷地被更新，測定更加的快速準(zhǔn)確。

目前研究發(fā)現(xiàn)礦石中鐵的測定方法最為準(zhǔn)確可靠地就是重鉻酸鉀滴定法，重鉻酸鉀做為一種高效的還原劑，可以將鐵離子通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成鐵元素從而使鐵的提取成為可能。在最開始的研究方法中利用氯化亞錫-氯化汞作為其中的以一種反應(yīng)溶液，測定的效果比以往的各種方法都要穩(wěn)定準(zhǔn)確，其數(shù)據(jù)的信度和效度有較大的提高，但反應(yīng)過程中的汞會(huì)對環(huán)境造成較大的污染，鉻又有一定的污染性，無法大量的應(yīng)用于礦石實(shí)際工作鑒定當(dāng)中。隨著科技水平的提高以及研究的不斷進(jìn)步，為了減小對環(huán)境的污染，建設(shè)綠色工程，基于重鉻酸鉀滴定法的原理人們提出了一種無汞的反應(yīng)方法，其效果與之前的方法一樣，但更加具有環(huán)保性，因此被較多的使用。下面我們就來詳細(xì)的介紹一下最初重鉻酸鉀滴定法的原理和他的優(yōu)點(diǎn)，以及改進(jìn)后的具體實(shí)驗(yàn)方法。

1.有關(guān)重鉻酸鉀滴定法

基本原理：在酸性溶液中，用氯化亞錫將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，加入氯化高汞以除去過量的氯化亞錫，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫色。反應(yīng)方程式：

2Fe3++Sn2++6Cl―—→2Fe2++SnCl62―

Sn2++4Cl―+2HgCl2—→SnCl62―+Hg2Cl2↓

6Fe2++Cr2O72-+14H+—→6Fe3++2Cr3++2Cr3++7H2O

計(jì)算結(jié)果：Fe（%）=×100=

此法的優(yōu)點(diǎn)是：過量的氯化亞錫容易除去，重鉻酸鉀溶液比較穩(wěn)定，滴定終點(diǎn)的變化明顯，受溫度的影響（30℃以下）較小，測定的結(jié)果比較準(zhǔn)確，具體有點(diǎn)如下：

①重鉻酸鉀容易提純，是一種基準(zhǔn)物質(zhì)，可以直接稱取一定量的試劑配制標(biāo)準(zhǔn)溶液而不需要進(jìn)行標(biāo)定。

②重鉻酸鉀溶液非常穩(wěn)定，可以長期保存。

③重鉻酸鉀的氧化能力雖然沒有高錳酸鉀強(qiáng)，但在室溫下和1Μ鹽酸中，重鉻酸鉀不與Cl-作用，故可在鹽酸溶液中滴定鐵。當(dāng)鹽酸濃度較大或溶液煮沸時(shí)，重鉻酸鉀會(huì)部分被還原，在濃鹽酸中則全部被還原。

重鉻酸鉀是一種較強(qiáng)的氧化劑，反應(yīng)要求在較強(qiáng)的酸性溶液中進(jìn)行，Cr2O崻與還原劑作用被還原為Cr3+，標(biāo)準(zhǔn)電位（Cr2O崻/Cr3+）為+1.36伏。在實(shí)際工作中，電位明顯地比標(biāo)準(zhǔn)電位小，即實(shí)際上表現(xiàn)出來的氧化能力明顯地比理論上的小，例如在3Μ鹽酸中。E=+1.08伏；4Μ硫酸中，E=+1.15伏；在1Μ高氯酸中，E=+1.025伏。

在反應(yīng)過程中，橙色的 Cr2O崻被還原轉(zhuǎn)化為綠色的Cr3+。由于兩者的顏色都不很深，所以不能根據(jù)這一顏色變化來確定終點(diǎn)，而需要借助于指示劑，如二苯胺磺酸鈉和鄰苯胺基苯甲酸。使用時(shí)，應(yīng)注意它們有較大的空白值，且空白值的大小與滴定時(shí)的情況有關(guān)，應(yīng)按照一定的方法進(jìn)行校正。

經(jīng)典的重鉻酸鉀法測定鐵時(shí)，采用氯化亞錫將溶液中的 Fe3+還原為Fe2+。然后用氯化汞除去過量的氯化亞錫，汞鹽會(huì)造成污染，因此中國在20世紀(jì)60年代以來發(fā)展了“不用汞鹽的定鐵法”。重鉻酸鉀滴定法主要用于鐵礦石的勘探和采掘以及鋼鐵冶煉過程的控制中；也用于水和廢水的檢驗(yàn)，如利用水中還原性物質(zhì)所消耗的重鉻酸鉀量可以測定其化學(xué)耗氧量；還可用于有機(jī)化合物的測定。

2.實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)采用改進(jìn)的重鉻酸鉀法，即SnCl-TiCl聯(lián)合還原的無汞測鐵方法。其基本原理是：粉碎到一定粒度的鐵礦石用熱的鹽酸分解：Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O，試樣分解完全后，在體積較小的熱溶液中，加入SnCl2將大部分Fe3+還原為Fe2+，溶液由紅棕色變?yōu)闇\黃色，然后再以Na2WO4為指示劑，用TiCl3將剩余的Fe3+全部還原成Fe2+，當(dāng)Fe3+定量還原為Fe2+之后，過量1～2滴TiCl3溶液，即可使溶液中的Na2WO4，還原為藍(lán)色，滴入少量K2Cr2O7，使過量的TiCl3氧化，剛好褪色。在無汞測定鐵的方法中，常采用SnCl2-TiCl3聯(lián)合還原，其反應(yīng)方程式為：2Fe3++Sn3+=Sn4+Fe2+ Fe3++Ti3++H2O=Fe2++TiO2++2H+此時(shí)試液中的Fe3+已被全部還原為Fe2+，加入硫磷混酸和二苯胺磺酸鈉指示劑，標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀溶液滴定至溶液呈穩(wěn)定的紫色即為終點(diǎn)，在酸性溶液中：Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe2++2Cr3++7H2O在滴定過程中，不斷產(chǎn)生的Fe3+（黃色）對終點(diǎn)的觀察有干擾，通常用加入磷酸的方法，使Fe3+與磷酸形成無色的Fe（HPO4）2-配合物，消除Fe3+（黃色）的顏色干擾，便于觀察終點(diǎn)。同時(shí)由于生成了Fe（HPO4）2-，F(xiàn)e3+的濃度大量下降，避免了二苯磺酸鈉指示劑被Fe3+氧化而過早的改變顏色，使滴定終點(diǎn)提前到達(dá)的現(xiàn)象，提高了滴定分析的準(zhǔn)確性。

由滴定消耗的K2Cr2O7溶液的體積（V），可以計(jì)算得到試樣中鐵的含量，其計(jì)算式為：

ω（Fe）=×100%

式中C（1/6KCrO）為KCrO標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度/mol·dm-3，m為試樣的質(zhì)量/g，55.85為鐵在滴定反應(yīng)中的摩爾質(zhì)量/g·mol-1。K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液用干燥后的固體K2Cr2O7直接配制。

2.1儀器與試劑

（1）60g·LSnCl溶液。（2）硫磷混酸。（3）250g·LNaWO150～200mL溶液。（4）（1+19）TiCl溶液。（5）2g·L二苯胺磺酸鈉溶液。（6）濃鹽酸。（7）0.008mol·L-1K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液。（8）鐵礦石試樣。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

準(zhǔn)確稱取0.3～0.35g（稱準(zhǔn)至0.0002g）鐵礦石試樣，置于250mL錐形瓶中，加幾滴水潤是樣品，再加10～20mL濃鹽酸，低溫加熱10～20min，滴加60g·LSnCl溶液至淺黃色，繼續(xù)加熱10～20min（此時(shí)體積約為10mL）至剩余殘?jiān)鼮榘咨驕\色時(shí)表示溶解完全。調(diào)整溶液體積至70～100mL，加15滴250g·LNaWO溶液，用（1+19）TiCl溶液滴至溶液呈藍(lán)色，再滴加K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液至無色，迅速加入10mL硫磷混酸，5滴2g·L二苯胺磺酸鈉指示劑，立刻用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至呈穩(wěn)定的紫色。根據(jù)滴定結(jié)果，計(jì)算鐵礦中鐵及Fe2O3表示的鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.3結(jié)果與分析

（1）以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Fe2+離子時(shí)，由于滴定過程中生成黃色的Fe3+離子，影響終點(diǎn)的最終判斷，故需加入H3PO4，消除Fe3+離子的黃色影響。

（2）用SnCl還原Fe3+時(shí)，溶液溫度不能太低，否則反應(yīng)速度慢，黃色褪去不易觀察，易使SnCl過量。

（3）用TiCl還原Fe3+時(shí)，溶液溫度也不能太低，否則反應(yīng)速度慢，易使TiCl過量。

（4）在硫酸磷酸混酸中鐵電對的電極電位降低，F(xiàn)e2+更易被氧化，故不應(yīng)放置而應(yīng)立即滴定。

3.結(jié)語

鐵是工業(yè)與生活中使用最為普遍的一種元素，對鐵礦的開采量較大，所以測定方法越簡單準(zhǔn)確其工作效率效率越高。滴定分析法是目前較為準(zhǔn)確快速的測定鐵含量方法，現(xiàn)在改進(jìn)的方法已經(jīng)消除了汞和鉻對環(huán)境的污染，可以應(yīng)用于實(shí)際的工作當(dāng)中。改進(jìn)后的滴定分析法可以更好地觀測到鐵礦石中鐵的含量，對于礦區(qū)的開采，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地質(zhì)的勘探都有重要的影響。目前雖然使用滴定法較多但它仍然有不足之處，我們應(yīng)該注意創(chuàng)新，不斷探索更科學(xué)更準(zhǔn)確的方法。

【參考文獻(xiàn)】

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