任务铁矿石中全铁的测定

Question

如题所述

Answer 1

——三氯化钛还原-重铬酸钾滴定法

任务描述

铁是地球上分布最广的金属元素之一。铁矿石中含铁量均较高，对于高含量铁的测定，目前主要采用滴定法。常用的有EDTA滴定法、重铬酸钾滴定法、高锰酸钾滴定法、铈量法和碘量法。由于重铬酸钾滴定法具有快速、准确和容易掌握等优点，被广泛采用。本任务通过实际操作训练，学会三氯化钛还原-重铬酸钾滴定法测定铁矿石中铁含量，学会用酸分解法对试样进行分解。能真实、规范记录原始记录并按有效数字修约进行结果计算。

任务实施

一、仪器和试剂准备

（1）玻璃仪器：酸式滴定管、锥形瓶、容量瓶、烧杯。

（2）SnCl₂溶液：100g/L，称取10g SnCl₂·2H₂O溶于20mL HCl中，通过水浴加热溶解，冷却，用水稀释到100mL。

（3）硫-磷混酸（2＋3）：边搅拌边将30mL浓磷酸放入约50mL水中，再加入20mL浓硫酸，混匀，流水冷却。

（4）二苯胺磺酸钠：0.5% 水溶液。

（5）钨酸钠溶液：称取25g钨酸钠溶于适量的水中，加5mL磷酸用水稀释至100mL。

（6）三氯化钛溶液（15g/L）：用9体积的盐酸稀释1体积的三氯化钛溶液（约15%的三氯化钛溶液）。

（7）重铬酸钾标准溶液：0.01667mol/L。称取4.904g预先在140～150℃烘干1h的重铬酸钾（基准试剂）于250mL烧杯中，以少量水溶解后移入1 L容量瓶中，用水定容。

（8）氟化钠。

二、分析步骤

称取一份铁矿石试样0.2000 g于300mL锥形瓶中，用少量水润湿，加入10mL浓盐酸，低温加热溶解，必要时加入0.2 g氟化钠助溶，也可滴加二氯化锡助溶。试样分解完全后，用少量水吹洗锥形瓶壁，加热至沸，取下趁热滴加二氯化锡溶液还原三价铁至溶液呈浅黄色。加水稀释至约150mL。加入25% 钨酸钠溶液0.5mL，用三氯化钛溶液还原至呈蓝色。滴加K₂Cr₂O₇溶液至钨蓝色刚好褪去。加入15mL硫酸-磷酸混酸，加0.5% 二苯胺磺酸钠指示剂5滴，立即以重铬酸钾标准溶液滴至稳定的紫色即为终点。同时做空白试验。

三、结果计算

铁矿石中铁的质量分数为：

岩石矿物分析

式中：w（Fe）为铁的质量分数，%；V为滴定试液消耗重铬酸钾标准溶液的体积，mL；V₀为滴定空白消耗重铬酸钾标准溶液的体积，mL；0.0055847为与1mL重铬酸钾标准溶液相当的铁量，g/mL；m为称取试样的质量，g。

四、质量记录表格填写

任务完成后，填写附录一质量记录表格3、4、5。

任务分析

一、方法优点

重铬酸钾溶液比较稳定，滴定终点的变化明显，受温度的影响（30℃以下）较小，测定的结果比较准确。

二、SnCl₂-TiCl₃-K₂Cr₂O₇法测定铁矿石中铁含量（无汞法）原理

在酸性条件下，先用SnCl₂溶液还原大部分Fe^（Ⅲ），再以TiCl₃溶液还原剩余部分的Fe^（Ⅲ），稍过量的TiCl₃可使作为指示剂的NaWO₄溶液由无色还原为蓝色，从而指示终点。接着用K₂Cr₂O₇标准溶液定量氧化Fe^（Ⅱ），测定全铁含量，并以二苯胺磺酸钠为指示剂，滴至溶液变紫色即达到终点。

实验有关方程式如下：

2Fe^3＋＋Sn^2＋→2Fe^2＋＋Sn^4＋

岩石矿物分析

岩石矿物分析

三、化验室废水处理

废液中有害物质的处理方法主要是通过物理过程和化学反应等，将有害物回收或分解、转化生成其他无毒或低毒的化合物。下面是一些有害废弃物的处理方法。

（1）含砷废液的处理：三氧化二砷是剧毒物质，其致死剂量为0.1g。在溶液中的浓度不得超过5×10^-7。处理时可利用硫酸铁在碱性条件下形成氢氧化铁沉淀与砷的化合物共沉淀和吸附作用，将废水中的砷除去。注意，Fe^3＋和As^3＋的摩尔比约为10∶1，pH值在9左右效果最好，充分搅拌后静置过夜，分离沉淀，排放废液。

Fe^3＋＋3OH^-→Fe（OH）₃↓

As^3＋＋3OH^-→As（OH）₃↓

（2）含铬废液的处理：Cr^（Ⅵ）有剧毒，在溶液中的浓度不得超过5×10^-7。可在酸性（调pH＝2～3）含铬废液中，加入约10% 的硫酸亚铁溶液，Fe^2＋能把Cr^（Ⅵ）还原为Cr^3＋。然后用熟石灰或碱液调溶液的pH＝6～8（防止pH＞10时Cr（OH）₃转变成

加热到80℃左右，静置过夜，分离沉淀，排放废液。有关方程式如下：

Fe^2＋＋2OH^-→Fe（OH）₂↓

Fe^3＋＋3OH^-→Fe（OH）₃↓

Cr^3＋＋3OH^-→Cr（OH）₃↓

（3）含氰化物废液的处理：氰化物有剧毒，在溶液中的浓度不得超过1.0×10^-6。我们利用CN^-的强配位性，采用配位法即普鲁士蓝法处理含氰化物的废液。先在废液中加入碱液调pH＝7.5～10.5，然后加入约10% 的硫酸亚铁溶液，充分搅拌，静置后分离沉淀，排放废液。

有关方程式如下：

Fe^2＋＋6CN^-→［Fe（CN）₆］^4-

2Fe^2＋＋［Fe（CN）₆］^4-→Fe₂［Fe（CN）₆］↓

（4）含汞废液的处理：含汞废液的毒性极大，其最低浓度不得超过5.0×10^-9，若废液经微生物等的作用后会变成毒性更大的有机汞。可用Na₂S把Hg^2＋转变成HgS，然后使其与FeS共沉淀而分离除去。

有关反应如下：

Hg^2＋＋S^2-→HgS↓

Fe^2＋＋S^2-→FeS↓

（5）含铅废液的处理：含铅废液的浓度不得超过1.0×10^-6。可用氢氧化物共沉淀法处理。先用碱液调pH＝11，把Pb^2＋转变成难溶的Pb（OH）₂沉淀，然后加铝盐凝聚剂Al₂（SO₄）₃使生成Al（OH）₃沉淀，此时pH值为7～8，即产生Al（OH）₃和Pb（OH）₂共沉淀。静置澄清后分离沉淀，排放废液。

有关反应如下：

Pb^2＋＋2OH^-→Pb（OH）₂↓

Al^3＋＋3OH^-→Al（OH）₃↓

（6）含镉废液的处理：90% 的镉应用于电镀、颜料、合金及电池等，对环境监测站化验室含镉废水实用的处理方法有沉淀法、吸附法。使用沉淀法，沉淀剂有氢氧化物、硫化物、聚合硫酸铁，使用氢氧化物，pH控制在10以上，可达满意效果；使用硫化物pH控制在9以上；使用聚合硫酸铁pH控制在8.5～9.5范围。吸附法，可使用活性炭、风化煤、磺化煤作吸附剂。

（7）含酚废液的处置：随着石油化工、塑料、合成纤维、焦化等工业的迅速发展，各种含酚废水也相应增多，酚的毒性较高，使用活性炭作吸附剂是一种可行的方法。对于其他有毒有害有机废水，化验员也可用此方法。

实验指南与安全提示

盐酸既有挥发性，又有腐蚀性，使用时注意通风，避免吸入、接触皮肤和衣物。

试样分解完全时，剩余残渣应为白色或接近白色的SiO₂，如仍有黑色残渣，则说明试样分解不够完全。

含铁的硅酸盐难溶于盐酸，可加入少许NaF、NH₄F使试样分解完全。磁铁矿溶解的速度缓慢，可加几滴SnCl₂助溶。

对于含硫化物或有机物的铁矿石，应将试样预先在550～600℃温度下灼烧以除去硫和有机物，再以HCl分解。对于酸不能分解的试样，可以采用碱熔融法。

用SnCl₂还原Fe^3＋时，溶液体积不能过大，HCl浓度不能太小，温度不能低于60℃，否则还原速度很慢。容易使滴加的SnCl₂过量太多，故冲洗表面皿及烧杯内壁时，用水不能太多。

滴定前要加入一定量的硫-磷混酸。这是由于一方面滴定反应需在一定酸度下进行（1～3mol/L），另一方面磷酸与三价铁形成无色配合离子，利于终点判别。在硫-磷混酸溶液中，Fe^2＋极易被氧化，故还原后应马上滴定。二苯胺磺酸钠指示剂加入后，溶液呈无色。随着K₂Cr₂O₇的滴入，Cr^3＋生成，溶液由无色逐渐变为绿色。终点时，由绿色变为紫色。

指示剂必须用新配制的，每周应更换一次。

由于在无Fe^2＋存在的情况下，K₂Cr₂O₇对二苯胺磺酸钠的氧化反应速率很慢。因此，在进行空白试验时，不易获得准确的空白值。为此，可在按分析手续处理的介质中，分三次连续加入等量的Fe^（Ⅱ）标准滴定溶液，并用K₂Cr₂O₇标准滴定溶液做三次相应的滴定。将第一次滴定值减去第二、第三次滴定值的差值的平均值，即为包括指示剂二苯胺磺酸钠消耗K₂Cr₂O₇在内的准确的空白值。

案例分析

赣州钴钨公司实验室某员工在使用氯化亚锡还原-重铬酸钾滴定法测定含铁矿石中的总铁含量时，用王水溶解矿石样品氯化亚锡还原等步骤圴按照操作规程进行，但在进行滴定操作过程中，发现滴定终点不敏锐，测定结果严重偏低，以你所学知识，分析造成结果偏低的可能原因。

拓展提高

铁矿石分析总述及铁矿石系统分析流程

铁矿石的简项分析，一般需要测定全铁、二氧化硅、硫和磷等，因为铁矿石中硅、硫和磷等属于有害杂质。有时需要测定亚铁及可溶铁，以便对于铁矿进行工业评价。在组合分析中还需增加氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化锰及砷、钾和钠等。在全分析中主要考虑铁矿的综合利用、综合评价以及特殊的需要，还要测定钒、钛、铬、镍、钴、吸附水、化合水、灼烧减量及二氧化碳等。稀有、分散元素也必须考虑综合利用。为了减少一些不必要的化学分析工作量，在确定分析项目之前，应先进行光谱半定量全分析。

铁矿石系统分析流程，可采用氢氧化钾（或加入少许过氧化钠）分解试样，水浸取后加酸酸化，过滤后滤液装于250mL容量瓶中。流程图见2-1。

图2-1 铁矿石系统分析流程图