鐵礦石中總鐵含量的測(cè)定及條件的研究

房愛(ài)敏

【摘要】鐵礦石經(jīng)濃鹽酸和少量的SnCl₂溶液加熱到45℃溶解后，用SnCl₂—Ticl₃還原Fe（Ⅲ），使Fe（Ⅲ）還原為Fe（Ⅱ）。再以K₂Cr₂O₇滴定全鐵含量。本方法對(duì)實(shí)驗(yàn)操作溫度，試樣溶解酸的選擇有一定的要求，宜選用非氧化性強(qiáng)酸在30～60℃溶解礦樣。

【關(guān)鍵詞】SnCl₂—Ticl₃K₂Cr₂O₇滴定法鐵礦石 Fe（Ⅱ）Fe（Ⅲ）

鐵在自然界中主要以Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）價(jià)態(tài)存在，兩種價(jià)態(tài)的環(huán)境效應(yīng)和生物效應(yīng)有著很大的差別，F(xiàn)e（Ⅱ）是人體重要營(yíng)養(yǎng)素，而過(guò)多Fe（Ⅲ）對(duì)人體是有害的。因此，分別測(cè)鐵的不同價(jià)態(tài)具有重要的意義。經(jīng)典K₂Cr₂O₇的法測(cè)定鐵時(shí)海一份試液中需加入飽和氯化汞溶液10mL，約有480mg的汞排人下水道而國(guó)家環(huán)境部門(mén)規(guī)定汞排放的允許量0.05mg/L，要達(dá)到此允許排放量，至少要加入9.6-10t的水稀釋。實(shí)際上汞鹽的積累在底泥的水質(zhì)中，造成環(huán)境嚴(yán)重的污染，有害于人體的健康。近年來(lái)研究了無(wú)汞法測(cè)鐵的許多方法，例如N—溴代丁二酸亞胺滴定法，SnCl₂—TiCl₃—K₂Cr₂O₇，滴定法，鄰二氮菲分光光度法等，本實(shí)驗(yàn)采用SnCl₂—TiCl₃—K₂Cr₂O₇滴定法進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件進(jìn)行優(yōu)化。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與藥品

電爐、滴定裝置、錐形瓶、容量瓶、燒杯、0.01807mol/L K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液、濃鹽酸，6mol/L鹽酸、0.1002mol/L TiCl₃標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.1344mol/L SnCl₂標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫磷混酸溶液、250gILNaWO₄溶液、2g/L二苯胺磺酸鈉指示劑、鐵礦石模手場(chǎng)試樣。

1.2 方法原理

SnCl₂—Ticl₃—K₂Cr₂O₇法測(cè)定鐵礦石中Fe（Ⅱ）}QI Fe（Ⅲ）的含量是指溶液在酸性條件下，先用SnCl，標(biāo)準(zhǔn)溶液定量還原大部分Fe（Ⅲ），再以TiCl₃標(biāo)準(zhǔn)溶液定量還原剩余部分的Fe（Ⅲ），稍過(guò)量的TiCl₃可使作為指示劑的NaWO₄溶液由無(wú)色還原為藍(lán)色，從而指示終點(diǎn)。

第二步接著用K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液定量氧化Fe"Ⅱ），測(cè)定全鐵含量，并以二苯胺磺酸鈉為指示劑，滴至溶液變紫色即達(dá)到終點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)有關(guān)方程式如下：

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將配置的三份鐵礦石模擬試樣在不同的條件下溶解后，趁熱先用0.1344mol/L SnCl₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至溶液由黃色變?yōu)闇\黃色，此時(shí)大部分Fe（Ⅲ）以被還原為Fe（Ⅱ）。加入6～8滴NaWO₄指示劑，加水稀釋后加熱，在搖動(dòng)下逐滴滴入0.1002mol/L TiCl₃標(biāo)準(zhǔn)溶液至溶液出現(xiàn)穩(wěn)定淺藍(lán)色。沖洗瓶壁，并用自來(lái)水沖洗錐形瓶外壁，使溶液迅速冷卻至室溫。小心滴加K₂Cr₂O₇溶液至藍(lán)色剛好褪去。在硫磷混酸介質(zhì)中，加5～6滴二苯胺磺酸鈉指示劑，立即用0.01807mol/L K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈穩(wěn)定的紫色為止。

2、結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)參數(shù)的影響

2.1.1 酸度的影響

由于Fe³⁺和Fe²⁺在堿性條件下生成沉淀，無(wú)法存在，因此必須在酸性條件下進(jìn)行操作。其次，若酸度過(guò)低將引起金屬離子的水解效應(yīng)，在沒(méi)有輔助絡(luò)合劑存在時(shí)，可以將金屬離子開(kāi)始生成氫氧化物沉淀時(shí)的酸度作為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最了邸麥度（即為最大pH）。查表得Fe²⁺在pH為1～8時(shí)幾乎不發(fā)生水解作用，而Fe³⁺只有在pH為1～2時(shí)才忽略水解效應(yīng)的影響。故本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須控制pH在1～2的范圍內(nèi)。

2.1.2 反應(yīng)溫度的影響

一方面，由于在常溫下，鐵礦石模擬試樣無(wú)法完全溶解，所以必須進(jìn)行加熱，升高溫度進(jìn)行溶解。但是若溫度太高，F(xiàn)e（Ⅱ）又極易被空氣中的氧氣氧化為Fe（Ⅲ），導(dǎo)致Fe（Ⅲ）的測(cè)定結(jié)果偏高，產(chǎn)生誤差，且溫度太高時(shí)FeCl₃易揮發(fā)。另一方面，用TiCl₃還原時(shí)溫度應(yīng)在30～60℃，若溫度低于20℃，則變色緩慢。故在本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選取適宜的溫度。

2.1.3 試劑用量的選擇

因?yàn)镕e₂O₃可以與濃HCI反應(yīng)，生成Fe³⁺，從而促進(jìn)礦樣的溶解，故可加入一定量的濃HCI加快溶解。但是濃HCI的用量不宜過(guò)多，否則在加熱過(guò)程中，溶樣中的Fe³⁺和Fe²⁺有可能隨濃HCI而揮發(fā)掉，導(dǎo)致結(jié)果偏低。本實(shí)驗(yàn)取用20mL濃HCI進(jìn)行溶解。

2.1.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

在溶樣時(shí)由于Fez加熱條件下容易被空氣中的氧氣氧化為Fe³⁺，時(shí)間越長(zhǎng)，氧化量越大，故時(shí)間不宜拖太長(zhǎng)，否則將導(dǎo)致Fe³⁺含量測(cè)定結(jié)果偏高。然而在磷硫混酸介質(zhì)中滴加K₂Cr₂O₇時(shí)，應(yīng)慢慢滴入，并不斷搖晃，滴得過(guò)快，容易過(guò)量，使結(jié)果偏低。另外一定要等“鎢藍(lán)”褪色30～60s后才能開(kāi)始滴定，否則會(huì)因TiCl₃未被完全氧化而消耗K₂Cr₂O₇，導(dǎo)致結(jié)果偏高，故在本實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中必須正確掌握時(shí)間的控制。

3、結(jié)論

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，若鐵礦石模擬試樣僅采用磷硫混酸高溫加熱，溶解效率低，所得結(jié)果Fe（Ⅱ）的氧化率高，分析原因可能是由于在磷硫混酸中鐵電對(duì)的電極電位降低，繼以高溫加熱使Fe"Ⅱ）更易被氧化所致，也有可能是加入NaF造成的結(jié)果，因加入NaF雖然可以掩蔽Fe³⁺的水解效應(yīng)，但是Fe3³⁺與F^-配合物的形成，促進(jìn)了空氣對(duì)Fe（Ⅱ）的氧化，導(dǎo)致Fe（Ⅱ）的測(cè)定結(jié)果明顯偏低。若礦樣以濃HCI水浴緩慢加熱溶解，則由結(jié)果顯示氧化率比前者低，但仍較高，分析原因可能是由于礦樣加熱溶解過(guò)程時(shí)間太長(zhǎng)，使部分Fe（Ⅱ）氧化為Fe（Ⅲ）導(dǎo)致的。而當(dāng)?shù)V樣用濃HCI+SnCl₂（定量）在45℃溶解時(shí)，所用時(shí)間較短，溶解效率較高，且氧化率低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果明確顯示了這一點(diǎn)。同時(shí)由于該法沒(méi)有汞污染，故可以推廣應(yīng)用。