重鉻酸鉀滴定法測定金屬化球團中氧化亞鐵含量

姚成虎

(馬鞍山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所 馬鞍山 243000)

近年來，轉(zhuǎn)底爐直接還原鐵項目工藝比傳統(tǒng)工藝節(jié)省了30%的能源消耗，不僅為企業(yè)節(jié)省了更多的能源，而且實現(xiàn)污水處理零排放。直接還原法可有效阻止其他元素進入金屬相，是提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量有效手段之一。

直接還原鐵的質(zhì)量由金屬化率來衡量，金屬化率是直接還原鐵生產(chǎn)中一項重要的工藝指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，因而直接還原鐵原料及直接還原鐵中的氧化亞鐵含量的的測定也同時成為轉(zhuǎn)底爐系統(tǒng)專項檢測技術(shù)研究分析中必不可少的方法之一。本方法采用鹽酸分解，以二苯胺磺酸鈉為指示劑、重鉻酸鉀為滴定溶液測得金屬鐵和亞鐵的合量，減去金屬鐵含量，通過換算即得到氧化亞鐵含量。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

硫磷混合酸：硫酸+磷酸+水= 1+1+8；鹽酸：1+1；硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液：CFe=0.05 mol/L；二苯胺磺酸鈉溶液：2 g/L；重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：CKCr2O=0.008333 mol/L； w-92301鐵礦標(biāo)樣；純鐵(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.98%)；氟化鈉(固體)；碳酸氫鈉：固體。

1.2 實驗方法

按表1稱取試樣，精確至0.0001g。

表1 稱取試樣量

將樣品置于干燥的500 mL 錐形瓶中，加入約0.5 g氟化鈉、1.5 g碳酸氫鈉，混勻，加入60 mL熱鹽酸(1+1)，迅速蓋上帶有導(dǎo)管的橡皮塞，在高溫電爐上加熱至微沸后，低溫微沸40分鐘，取下，將導(dǎo)管的一端迅速連接上盛有飽和碳酸氫鈉溶液的防氧裝置，然后將錐形瓶放入冰水中冷卻至不再有碳酸氫鈉溶液流入錐形瓶后，加100 mL硫酸和磷酸混合酸、7滴二苯胺磺酸鈉指示劑，以重鉻酸鉀標(biāo)液滴至穩(wěn)定的紫紅色為終點。

空白試驗：隨同試料做空白，則空白試驗滴定體積為

V

。

1.3 計算公式

式中：

W

為氧化亞鐵的含量，%；

V

為滴定時所消耗的重鉻酸鉀標(biāo)液的毫升數(shù)，mL；

V

為空白試驗所消耗的重鉻酸鉀標(biāo)液的毫升數(shù)，mL；C為重鉻酸鉀標(biāo)液的濃度，mol/L；

W

為鐵的含量，%；m為稱樣量，g；55.847為鐵的摩爾質(zhì)量；1.2861 為氧化亞鐵換算因數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 稱樣量的選擇

為了使滴定終點敏銳及控制合適體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液，可根據(jù)試樣中金屬鐵含量的高低選擇相應(yīng)的稱樣量。

2.2 容器的選擇

GB/T 6730.8-2016 《鐵礦石 亞鐵含量的測定 重鉻酸鉀滴定法》中應(yīng)用的是300 mL錐形瓶，實際操作中發(fā)現(xiàn)，滴定時溶液體積過大，不易操作，且溶液易飛濺出，使結(jié)果偏低。稱取0.1000 g的 RA-8-HY04金屬化球團試樣8份，各取4份分別置于300 mL、500 mL錐形瓶中，其檢測結(jié)果結(jié)果見表2。

表2 容器的選擇

結(jié)果表明，改用500 mL錐形瓶后使操作簡單，且分析結(jié)果無影響。

2.3 加入鹽酸濃度的選擇

GB/T 6730.8-2016 《鐵礦石 亞鐵含量的測定 重鉻酸鉀滴定法》中加入的是60 mL的冷鹽酸(1+1)或30 mL濃鹽酸，在實際操作中發(fā)現(xiàn)，如果直接加入冷的濃鹽酸，會使試樣有較長時間處于非沸騰狀態(tài)，易造成測定結(jié)果偏低。稱取0.1000 g 的RA-8-HY04金屬化球團試樣12份，各取6份分別加入冷的濃鹽酸和熱鹽酸(1+1)，其檢測結(jié)果結(jié)果見表3。

表3 鹽酸濃度的選擇

結(jié)果表明，加入60 mL熱鹽酸(1+1)后，既縮短了分析時間，也使試樣易于分解，試樣很快就會沸騰，且平行樣品分析結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差減小。

2.4 碳酸氫鈉用量的選擇

GB/T 6730.8-2016 《鐵礦石 亞鐵含量的測定 重鉻酸鉀滴定法》中加入的碳酸氫鈉為0.5 g～1 g，由于金屬化球團中含大量金屬鐵，使得溶液中亞鐵含量很高，所以，稱取0.1000 g 的RA-8-HY04金屬化球團試樣20份，各取4份分別加入碳酸氫鈉0.50 g、1.00 g、1.50 g、2.00 g、2.50 g，其檢測結(jié)果見表4。

表4 碳酸氫鈉用量的選擇

結(jié)果表明，在亞鐵含量較高時，適量加大碳酸氫鈉的用量有利于分析結(jié)果的穩(wěn)定。所以，選用加入1.5 g碳酸氫鈉。

2.5 樣品溶解時間的選擇

GB/T 6730.8-2016 《鐵礦石 亞鐵含量的測定 重鉻酸鉀滴定法》中溶樣時間為20 min-40 min，對編號為RA-8-HY04的金屬化球團試樣設(shè)定不同的樣品溶解時間試驗，其檢測結(jié)果結(jié)果見表5。

結(jié)果表明，金屬化球團中含大量金屬鐵，溶樣時間控制在40分鐘，可以確保試樣完全分解。溶樣時間不足或者過長都會造成分析結(jié)果偏低。

2.6 冷卻時間的選擇

分別稱取0.1000 g 的RA-8-HY04金屬化球團試樣8份進行溶樣，設(shè)定不同冷卻時間后進行滴定分析，其檢測結(jié)果見表6。冷卻時間為試樣自電爐上取下蓋上防氧化塞時開始計時，到開始滴定為止。

表5 樣品溶解時間的選擇

表6 冷卻時間的選擇

試驗結(jié)果表明，冷卻時間不易過長，控制在5 min內(nèi)滴定分析較好。

2.7 回收率試驗

稱取0.1000 g 的w-92301鐵礦標(biāo)樣(氧化亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.71%)12份，分別加入不同量的高純鐵，每個樣品平行測定4次(3個樣品)，采用平均值計算鐵含量的回收率，結(jié)果見表7。

表7 回收率試驗

結(jié)果表明，用本方法測定的金屬化球團中金屬鐵含量，回收率在96.0%-97.3%，準(zhǔn)確度較好，可應(yīng)用于日常檢驗。

2.8 共存元素干擾

金屬化球團的主要成分為金屬鐵 ，其次為三氧化二鐵、氧化亞鐵、鋅、氧化鋅、硅、二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、碳。在測定過程中，單質(zhì)鋅、單質(zhì)硅、高價錳及其氧化物干擾金屬鐵的測定，所以對亞鐵含量也造成影響。依據(jù)金屬鐵分析中干擾元素條件試驗，下列物質(zhì)不干擾測定：0.4 mg的鋅，1.0 mg的硅，1.0 mg的二氧化錳。

2.9 精密度實驗

按試驗方法對4種不同的金屬化球團樣品分別測定10次，其檢測精密度結(jié)果見表8。

表8 精密度試驗

結(jié)果表明，本方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.41%-0.94%，精密度較好。

3 結(jié)論

本試驗確定了試樣以60 mL熱鹽酸(1+1)溶液溶解，加入1.5 g的碳酸氫鈉量、溶樣加熱40 min、冷卻5 min后立即用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定分析測定金屬鐵和亞鐵合量，差減法計算氧化亞鐵含量，方法回收率在96.0%-97.3%。該方法分析檢測效率高、準(zhǔn)確度和精密度好的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于金屬化球團中氧化亞鐵的檢測，可滿足企業(yè)日常生產(chǎn)檢驗的需求。