鐵礦石中總鐵含量的測定及條件的研究

房愛敏

【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。本方法對實驗操作溫度，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）價態(tài)存在，兩種價態(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）是人體重要營養(yǎng)素，而過多Fe（Ⅲ）對人體是有害的。因此，分別測鐵的不同價態(tài)具有重要的意義。經(jīng)典K₂Cr₂O₇的法測定鐵時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家環(huán)境部門規(guī)定汞排放的允許量0.05mg/L，要達到此允許排放量，至少要加入9.6-10t的水稀釋。實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。近年來研究了無汞法測鐵的許多方法，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，本實驗采用SnCl₂—TiCl₃—K₂Cr₂O₇滴定法進行測定，并對實驗的條件進行優(yōu)化。

1、實驗部分

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、鐵礦石模手場試樣。

1.2 方法原理

SnCl₂—Ticl₃—K₂Cr₂O₇法測定鐵礦石中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），稍過量的TiCl₃可使作為指示劑的NaWO₄溶液由無色還原為藍色，從而指示終點。

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

實驗有關(guān)方程式如下：

1.3 實驗方法

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)定淺藍色。沖洗瓶壁，并用自來水沖洗錐形瓶外壁，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，無法存在，因此必須在酸性條件下進行操作。其次，若酸度過低將引起金屬離子的水解效應(yīng)，在沒有輔助絡(luò)合劑存在時，可以將金屬離子開始生成氫氧化物沉淀時的酸度作為實驗過程中的最了邸麥度（即為最大pH）。查表得Fe²⁺在pH為1～8時幾乎不發(fā)生水解作用，而Fe³⁺只有在pH為1～2時才忽略水解效應(yīng)的影響。故本實驗過程中必須控制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，鐵礦石模擬試樣無法完全溶解，所以必須進行加熱，升高溫度進行溶解。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）的測定結(jié)果偏高，產(chǎn)生誤差，且溫度太高時FeCl₃易揮發(fā)。另一方面，用TiCl₃還原時溫度應(yīng)在30～60℃，若溫度低于20℃，則變色緩慢。故在本實驗中應(yīng)選取適宜的溫度。

2.1.3 試劑用量的選擇

因為Fe₂O₃可以與濃HCI反應(yīng)，生成Fe³⁺，從而促進礦樣的溶解，故可加入一定量的濃HCI加快溶解。但是濃HCI的用量不宜過多，否則在加熱過程中，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。本實驗取用20mL濃HCI進行溶解。

2.1.4 反應(yīng)時間的影響

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

3、結(jié)論

由上述實驗結(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，促進了空氣對Fe（Ⅱ）的氧化，導(dǎo)致Fe（Ⅱ）的測定結(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程時間太長，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，所用時間較短，溶解效率較高，且氧化率低。實驗結(jié)果明確顯示了這一點。同時由于該法沒有汞污染，故可以推廣應(yīng)用。