铁矿石中铁含量的测定分析、探讨与创新

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　　[摘要]铁矿石中含铁量的测定技术是铁元素提炼的基础和前提，铁是地球上分布最广的金属元素之一，在地壳中的平均含量为5%，在元素丰度表中位于氧、硅和铝之后，居第四位。自然界中已知的铁矿物有300多种，但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿（Fe3O4含铁72.4%）、赤铁矿（Fe2O3含铁70.0%）、菱铁矿（FeCO3含铁48.2%）、褐铁矿（Fe2O3・nH2O含铁48%～62.9%）等。
　　[关键词]铁矿石 含铁量 测定
　　[中图分类号] F416.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-120-2
　　0引言
　　铁矿石是钢铁工业的基本原料，用于高炉炼铁的铁矿石，要求其全铁TFe（全铁含量）≥50%，S≤0.3%，P≤0.25%，Cu≤0.2%，Pb≤0.1%，Zn≤0.1%，Sn≤0.08%，而开采出来的原矿石中铁的品位一般只有20%～40%。通过选矿富集，可将矿石的品位提高到50%～65%。我国每年从国外进口大量商品铁矿石。铁矿石的常规分析是做简项分析，即测定全铁（TFe）、亚铁、可溶铁、硅、硫、磷。
　　1重铬酸钾法测定铁矿石中铁的含量（无汞法）
　　1.1原理
　　经典的重铬酸钾法测定铁时，每一份试液需加入饱和氯化汞溶液10mL，这样约有480mg的汞排入下水道，而国家环境部门规定汞的允许排放量是0.05mg・L-1，因此，实验中的排放量是大大超过允许排放量的。实际上，汞盐沉积在底泥和水质中，造成严重的环境污染，有害于人的健康。近年来研究了无汞测铁的许多新方法，如新重铬酸钾法，硫酸铈法和EDTA法等。本法是新重铬酸钾法。
　　新重铬酸钾法是在经典的有汞重铬酸钾法的基础上，去掉氯化汞试剂，采用钨酸钠作为指示剂指示Fe3+还原Fe2+的方法。试样用硫-磷混酸溶剂后，先用氯化亚锡还原大部分Fe3+，继而用三氯化钛定量还原剩余部分的Fe3+，当Fe3+定量还原成Fe2+之后，过量一滴三氯化钛溶液，即可使溶液中作为指示剂的六价钨（无色的磷钨酸）还原为蓝色的五价钨化合物，俗称“钨蓝”，故使溶液呈现蓝色。滴入重铬酸钾溶液，使钨蓝刚好褪色，以消除少量还原剂的影响。
　　“钨蓝”的结构式较为复杂。定量还原Fe3+时，不能单用氯化亚锡，因为在此酸度下，氯化亚锡不能很好的还原W（Ⅵ）为W（V），故溶液无明显颜色变化。采用SnCl2-TiCl3联合还原Fe3+为Fe2+，过量一滴TiCl3与Na2WO4作用即显示“钨蓝”而指示。如果单用TiCl3为还原剂也不好，尤其是试样中铁含量高时，则使溶液中引入较多的钛盐，当加水稀释试液时，易出现大量的四价钛沉淀，影响测定。在无汞测定铁实验中常用SnCl2-TiCl3联合还原，反应式如下：
　　试液中Fe3+已经被还原为Fe2+，加入二苯胺磺酸钠指示剂，用K2Cr2O7标准
　　溶液滴定溶液呈现稳定的紫色即为终点。
　　1.2试剂
　　K2Cr2O7标准溶液c（1/6 K2Cr2O7）=0.1000mol・L-1；硫磷混酸：将200mL浓硫酸缓慢加入到500mL去离子水中，再加入300mL浓磷酸中，充分搅拌均匀，冷却后使用。浓HNO3；HCl（1+1）；Na2WO4 25%水溶液：称取25g Na2WO4溶于适量水中（若浑浊则应过滤），加入2～5mL浓H3PO4，加水稀释至100mL。SnCl2溶液10%：称取10g SnCl2・2H2O溶于40mL浓的热HCl，加水稀释至100mL。TiCl3 1.5%：量取10mL原瓶装TiCl3溶液，用（1+4）的HCl稀释至100mL。加入少量石油醚，使之浮在TiCl3溶液的表面上，用以隔绝空气，避免TiCl3氧化。二苯胺磺酸钠指示剂0.2%：
　　1.3实验步骤
　　K2Cr2O7标准溶液c（1/6 K2Cr2O7）=0.1000mol・L-1的配制：采用固定称量法。准确称取1.2258g K2Cr2O7于一只干净的小烧杯中，加水溶解，定量转入250mL容量瓶中，加水稀释至刻度，充分摇匀。准确称取0.15～0.2g试样置于250mL的锥形瓶中，滴加几滴水润湿样品，摇匀后，加入10mL硫磷混酸（如试样含硫化物高时则同时加入浓硝酸1mL）置于电炉上加热分解试样。先用小火或低温加热，然后提高温度，加热至冒SO3白烟①。加入10mL（1+1）HCl，此时，试液应该清亮，残渣为白色或浅色时示试样分解完全②。取下锥形瓶稍冷，趁热滴加SnCl2溶液，使大部分的Fe3+还原为Fe2+，此时试液变为浅黄色③，加入10滴Na2WO4溶液，再用TiCl3溶液滴至呈稳定的蓝色（“钨蓝”30秒内不褪色），再加入80mL去离子水，用K2Cr2O7标准溶液滴至“钨蓝”刚好褪尽（此时不计读数），然后加入5滴二苯胺磺酸钠指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定至溶液呈现稳定的紫色为终点。计算铁含量。
　　1.4计算
　　铁含量的计算：
　　c――K2Cr2O7的浓度
　　V――K2Cr2O7的体积
　　MFe――铁的摩尔质量
　　WS――试样的质量
　　2二氯化锡一重铬酸钾法测定铁方法创新
　　针对二氯化锡一重铬酸钾法测定铁矿石中铁的含量过程中出现的问题，通过查找资料、请教专家，还有一系列的实验，我们对重铬酸钾法做了一些改进。即用硫酸或磷酸来溶解样品，这样就避免了Fe3+与CI一结合形成FeC13的可能性。采用热的硫酸溶解铁矿石，并采用金属铜代替二氯化锡作为还原剂，将Fe3+还原为Fe2+。
　　2.1测定原理
　　2.2测定步骤
　　取一定量的l：l的硫酸100mL烧杯中，慢慢加热到100℃，然后将称好的铁矿石粉末慢慢加入到热的硫酸中，此时样品应该溶解。如有必要的话可对硫酸持续加热15min，保证样品的全部溶解。将金属铜剪成若干小块，放到干净的锥形瓶中，将溶解好的样品溶液转移到装有小铜片的锥形瓶中。注意，转移的速度要慢。此时金属铜与2Fe3+发生反应， Fe3+被还原为Fe2+。当还原反应进行完毕后，将反应溶液加水稀释。然后向稀释后的反应溶液加入硫酸与磷酸混合液15mL和5一6滴二苯胺磺酸钠指示剂，立即用重铬酸钾标准溶液滴定到溶液呈现紫红色并保持305不变色即为滴定终点。平行测定3次，计算试样中Fe的含量。
　　2.3计算
　　待反应完后（此时溶液显示无色则表示反应完全），然后边搅拌边加水稀释。然后加入20mL硫磷混合酸及3-4滴二苯胺磺酸钠指示剂，立即用重铬酸钾标准溶液滴定到溶液呈现紫红色并保持505不变色即为滴定终点。平行测定3次，计算试样中Fe的含量。
　　式中，v1为滴定试样溶液消耗的重铬酸钾标准滴定溶液的体积，mL；v0为滴定空白溶液消耗的重铬酸钾标准滴定溶液的体积，mL；m为称取试样量，g；0.0020为为与1.00mL重铬酸钾标准滴定溶液相当的铁的质量，g/mL。采用盐酸羟胺――重铬酸钾无汞法测定铁矿石中铁含量的话，也可以达到上述效果。
　　测定原理：用硫磷混酸溶解矿样，将矿样中的铁转化为Fe3+。加适量的盐酸羟胺（NH2OH・Hcl）将Fe3+定量还原为Fe2+，滴加二苯胺磺酸钠作为指示剂。用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈现紫红色即为滴定终点。其反应如下：
　　2.4测定步骤
　　称取一定质量的矿样在250-300℃下用硫磷混酸溶解后，加入盐酸加热一会。待溶液稍冷后将溶液转移置于250mL三角烧瓶中，然后加入5mL盐酸羟胺（NH20H・HCI）将Fe3+定量还原Fe2+，此时的反应控制在30-50℃中进行。
　　3结束语
　　虽然氯化汞重铬酸钾法具有快速、准确和容易掌握的优点，但操作危险系数高，对环境污染十分严重，有数据显示一份测试废液要加10t水稀释以后才能达到排放标准。文中介绍的两种测定铁矿石中铁含量的方法不但操作简单、准确度高、符合分析要求，而且安全环保，是一种值得推荐的分析方法，相信将会随着应用的广泛而得到不断改进，从而变得日益完善，成熟，可靠。
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