对于矿石中铁的含量测定的实验是分析化学实验的重要内容, 对于矿石的分类鉴定有着重要的意义。随着国家对环境保护要求的提高, 许多研究者对原有的一些方法进行了改进, 提出了一些新的方法, 避免了经典方法 (Sn Cl2-H gC l2-重铬酸钾法) , 测量中的汞污染的问题。但有些新方法, 由于还原剂的选用, 在试验中也存在一些问题。如三氯化钛-重铬酸钾法测定矿石中铁的含量, 当Cu2+离子含量较高时, 该方法不适用。因此本文选用铝粉-重铬酸钾法, 本文在盐酸介质中通入二氧化碳以隔绝空气, 用金属铝粉将Fe3+还原为Fe2+, 一方面可以利用铝粉比表面积大的特点, 是还原充分加快反应速度, 另一方面可通过通CO2解决铝还原法存在的问题, 以重铬酸钾标准滴定溶液滴定Fe3+。方法容易掌握, 准确性和重现性均较好, 用于矿石中铁含量的测定, 结果满意。
250ml容量瓶;250mL锥形瓶;50ml酸式滴定管;电加热板;全自动电子分析天平。
实验试剂如下。
重铬酸钾标准滴定溶液[c (1/6K2Cr2O7) =0.1mol/L]:称取10g已在120℃烘箱中干燥至恒重的基准重铬酸钾, 溶于水, 移入2000mL容量瓶中, 用水稀释至刻度。铝粉;过30目筛矿石粉末;三氯化钛;硝酸;硫-磷混酸溶液;二苯胺磺酸钠指示剂;分析纯试剂Fe2O3。铁标准溶液[c (Fe3+) =0.1mol/L]:称取8g基准试剂三氧化二铁, 用盐酸溶解完全后, 定容于1000mL容量瓶中。硫-磷混合酸:将150mLH2SO4缓慢加入500mL水中, 冷却后加入150mLH3PO4, 用水稀释至1000mL。二苯胺磺酸钠溶液 (50g/L, 指示剂) 。所用试剂除注明外均为分析纯, 水为蒸馏水。
(1) 三氯化钛—重铬酸钾法 (参照标准方法) ;
(2) 铝粉-重铬酸钾滴定法。
铁标准溶液测定:吸取20.00mL铁标准溶液于锥形瓶中, 加入金属铝粉 (用量约为理论用量的20倍) , 通入二氧化碳, 充分摇动至溶液黄色褪去, 并且过量的铝粉溶解完全, 溶液变为无色, 加入10mL硫-磷混合酸, 加5滴二苯胺磺酸钠指示剂, 用重铬酸钾标准滴定溶液滴定至紫红色为终点。
实际样品测定:准确称取铅锌选矿厂尾矿选硫铁矿精矿样品0.2g于烧杯中, 加入10mL浓HCl, 在低温电炉上加热5min, 再加入15mLHNO3, 继续加热至样品溶解完全, 并反复加入浓HCl低温挥发除去HNO3。加30mLϕ=50% (体积分数) 的H2SO4, 高温加热蒸发至冒浓厚三氧化硫白烟5min, 将HNO3彻底除去, 取下冷却。加适量水及少量HCl, 加入金属铝粉 (用量约为理论用量的20倍) , 通入二氧化碳, 充分摇动至溶液黄色褪去, 并且过量的铝粉溶解完全, 溶液变为无色, 加入10mL硫-磷混合酸, 加5滴二苯胺磺酸钠指示剂, 用重铬酸钾标准滴定溶液滴定至紫红色为终点。
根据两种方法的要求, 测量矿石结果为 (n=4) 为:三氯化钛—重铬酸钾法wFe=44.24%本法wFe=44.48% (RSD为0.32%) ;铝粉-重铬酸钾滴定法w Fe=46.42%, 本法wFe=47.03% (RSD为0.53%) 。测定铁标准溶液结果取5份铁标准溶液进行测定, 用本法测得平均值为c (Fe3+) =0.09029mol/L, 相对标准偏差为0.36%, 与经三氯化钛—重铬酸钾法测得结果一致。说明本方法具有较高的测量精度。
实验表明, 金属铝粉反应后被氧化为Al3+, 不会对测定结果产生影响;而铝具有还原性, 可以与重铬酸钾反应。为保证将Fe3+完全还原为Fe2+, 必须加入过量的铝粉, 过量的残余铝能使溶液呈灰色, 与盐酸反应可除去, 即溶液由灰色变为无色, 否则结果偏高且不稳定。因此, 在本实验中, 一定要注意多余铝粉的处理。
在利用本实验过程中, 还要注意其它一些影响因素, 如空气、酸度、温度、共存离子、铝粉用量等。该实验是在常温下进行的, 为了获得准确的实验结果, 要在实验进行到铝粉刚好溶解完全以后, 就应该迅速进行滴定实验, 否则, 在空气的环境下进行实验, 可能致使实验结果偏低, 而且不具有规律性。另外, 如果溶液中的温度较高, 接近沸腾状态时, 空气对实验结果的影响是最大的, 因此本实验对传统的方法进行改进, 在实验整个过程, 通入二氧化碳, 去除空气的影响, 也增强了反应过程的水动力, 加快了铝粉的溶解。并且二氧化碳的获得途径也很方便, 用石灰石和盐酸做反应原料, 产生的二氧化碳直接接入到铝粉反应器中。用金属铝粉还原Fe3+是在酸性条件下进行的。过量的金属铝必须用酸除去, 因此在滴定之前的操作必须保证溶液为酸性。在滴定时加入硫-磷混合酸主要是保证溶液的酸度, H3P O4与Fe3+生成无色的[Fe (HPO4) 2]-, 消除Fe3+ (黄色) 的影响, 同时降低溶液中Fe3+的浓度, 从而降低Fe3+/Fe2+的电极电位, 增大化学计量点的电位突跃, 有利于避免指示剂引起的终点误差。在选定的实验条件下, 大多数常见离子不干扰铁的测定;但矿样中含有砷、锑等容易生成变价的元素存在会影响测定结果。实验表明, 金属铝粉在近沸腾温度下进行还原, 速度较快, 一般仅需要几分钟;在常温下还原速度较慢, 一般需要15min～30min。还原温度高低对本方法结果无影响。本法是在通入二氧化碳的条件下用金属铝粉还原Fe3+至黄色褪去, 再继续反应至残余铝粉完全溶解, 以溶液变成无色为滴定中点。实验结果证实, 铝粉在用量上一定要保证充足, 为了使Fe3+全部还原为Fe2+, 就要加入过量的铝粉, 即使铝粉有剩余, 也可以与盐酸继续反应。铝粉在整个反应过程中充当的是还原剂, 被氧化成Al3+, 对实验结果的测定并不产生影响。
通过本实验, 可以看出铝粉-重铬酸钾滴定法通过隔绝空气提高了, 测定精度高、通过利用铝粉的表面积大的特点加快反应速度快, 并且受条件限制小, 实验材料便宜。结果与经典法所测结果相比较均在分析允许误差范围之内, 可见改进是成功的, 既保留了原实验中的大部分的操作练习, 又摆Ti离子对于测定样品中铜含量的限制。
摘要：针对三氯化钛-重铬酸钾法测定矿石中铁的含量, 当Cu2+离子含量较高时, 此方法将不适应。因此, 本方法选铝粉-重铬酸钾法, 利用铝粉还原三价铁, 在盐酸介质中用重铬酸钾标准滴定溶液滴定二价铁。方法简单, 易操作, 速度快, 方法精密度 (RSD, n=5) 低于1%, 用于硫铁矿中铁的测定, 结果可靠。
关键词：铝粉-重铬酸钾法,微量滴定,矿石,铁
[1] 李锟.铝片还原-硫酸铁铵容量法测定钛铁矿中高含量[J].化工矿产地质, 2007, 29 (2) :112～114.
[2] 高职高专化学教材编写组.分析化学 (第2版) [M].北京:高等教育出版社, 2000:92.
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