铁矿石中总铁含量的测定及条件的研究

房爱敏

【摘要】铁矿石经浓盐酸和少量的SnCl₂溶液加热到45℃溶解后，用SnCl₂—Ticl₃还原Fe（Ⅲ），使Fe（Ⅲ）还原为Fe（Ⅱ）。再以K₂Cr₂O₇滴定全铁含量。本方法对实验操作温度，试样溶解酸的选择有一定的要求，宜选用非氧化性强酸在30～60℃溶解矿样。

【关键词】SnCl₂—Ticl₃K₂Cr₂O₇滴定法铁矿石 Fe（Ⅱ）Fe（Ⅲ）

铁在自然界中主要以Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）价态存在，两种价态的环境效应和生物效应有着很大的差别，Fe（Ⅱ）是人体重要营养素，而过多Fe（Ⅲ）对人体是有害的。因此，分别测铁的不同价态具有重要的意义。经典K₂Cr₂O₇的法测定铁时海一份试液中需加入饱和氯化汞溶液10mL，约有480mg的汞排人下水道而国家环境部门规定汞排放的允许量0.05mg/L，要达到此允许排放量，至少要加入9.6-10t的水稀释。实际上汞盐的积累在底泥的水质中，造成环境严重的污染，有害于人体的健康。近年来研究了无汞法测铁的许多方法，例如N—溴代丁二酸亚胺滴定法，SnCl₂—TiCl₃—K₂Cr₂O₇，滴定法，邻二氮菲分光光度法等，本实验采用SnCl₂—TiCl₃—K₂Cr₂O₇滴定法进行测定，并对实验的条件进行优化。

1、实验部分

1.1 仪器与药品

电炉、滴定装置、锥形瓶、容量瓶、烧杯、0.01807mol/L K₂Cr₂O₇标准溶液、浓盐酸，6mol/L盐酸、0.1002mol/L TiCl₃标准溶液、0.1344mol/L SnCl₂标准溶液、硫磷混酸溶液、250gILNaWO₄溶液、2g/L二苯胺磺酸钠指示剂、铁矿石模手场试样。

1.2 方法原理

SnCl₂—Ticl₃—K₂Cr₂O₇法测定铁矿石中Fe（Ⅱ）}QI Fe（Ⅲ）的含量是指溶液在酸性条件下，先用SnCl，标准溶液定量还原大部分Fe（Ⅲ），再以TiCl₃标准溶液定量还原剩余部分的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。

第二步接着用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：

1.3 实验方法

将配置的三份铁矿石模拟试样在不同的条件下溶解后，趁热先用0.1344mol/L SnCl₂标准溶液滴至溶液由黄色变为浅黄色，此时大部分Fe（Ⅲ）以被还原为Fe（Ⅱ）。加入6～8滴NaWO₄指示剂，加水稀释后加热，在摇动下逐滴滴入0.1002mol/L TiCl₃标准溶液至溶液出现稳定浅蓝色。冲洗瓶壁，并用自来水冲洗锥形瓶外壁，使溶液迅速冷却至室温。小心滴加K₂Cr₂O₇溶液至蓝色刚好褪去。在硫磷混酸介质中，加5～6滴二苯胺磺酸钠指示剂，立即用0.01807mol/L K₂Cr₂O₇标准溶液滴定至溶液呈稳定的紫色为止。

2、结果与讨论

2.1 化学参数的影响

2.1.1 酸度的影响

由于Fe³⁺和Fe²⁺在碱性条件下生成沉淀，无法存在，因此必须在酸性条件下进行操作。其次，若酸度过低将引起金属离子的水解效应，在没有辅助络合剂存在时，可以将金属离子开始生成氢氧化物沉淀时的酸度作为实验过程中的最了邸麦度（即为最大pH）。查表得Fe²⁺在pH为1～8时几乎不发生水解作用，而Fe³⁺只有在pH为1～2时才忽略水解效應的影响。故本实验过程中必须控制pH在1～2的范围内。

2.1.2 反应温度的影响

一方面，由于在常温下，铁矿石模拟试样无法完全溶解，所以必须进行加热，升高温度进行溶解。但是若温度太高，Fe（Ⅱ）又极易被空气中的氧气氧化为Fe（Ⅲ），导致Fe（Ⅲ）的测定结果偏高，产生误差，且温度太高时FeCl₃易挥发。另一方面，用TiCl₃还原时温度应在30～60℃，若温度低于20℃，则变色缓慢。故在本实验中应选取适宜的温度。

2.1.3 试剂用量的选择

因为Fe₂O₃可以与浓HCI反应，生成Fe³⁺，从而促进矿样的溶解，故可加入一定量的浓HCI加快溶解。但是浓HCI的用量不宜过多，否则在加热过程中，溶样中的Fe³⁺和Fe²⁺有可能随浓HCI而挥发掉，导致结果偏低。本实验取用20mL浓HCI进行溶解。

2.1.4 反应时间的影响

在溶样时由于Fez加热条件下容易被空气中的氧气氧化为Fe³⁺，时间越长，氧化量越大，故时间不宜拖太长，否则将导致Fe³⁺含量测定结果偏高。然而在磷硫混酸介质中滴加K₂Cr₂O₇时，应慢慢滴入，并不断摇晃，滴得过快，容易过量，使结果偏低。另外一定要等“钨蓝”褪色30～60s后才能开始滴定，否则会因TiCl₃未被完全氧化而消耗K₂Cr₂O₇，导致结果偏高，故在本实验的整个过程中必须正确掌握时间的控制。

3、结论

由上述实验结果可得，若铁矿石模拟试样仅采用磷硫混酸高温加热，溶解效率低，所得结果Fe（Ⅱ）的氧化率高，分析原因可能是由于在磷硫混酸中铁电对的电极电位降低，继以高温加热使Fe"Ⅱ）更易被氧化所致，也有可能是加入NaF造成的结果，因加入NaF虽然可以掩蔽Fe³⁺的水解效应，但是Fe3³⁺与F^-配合物的形成，促进了空气对Fe（Ⅱ）的氧化，导致Fe（Ⅱ）的测定结果明显偏低。若矿样以浓HCI水浴缓慢加热溶解，则由结果显示氧化率比前者低，但仍较高，分析原因可能是由于矿样加热溶解过程时间太长，使部分Fe（Ⅱ）氧化为Fe（Ⅲ）导致的。而当矿样用浓HCI+SnCl₂（定量）在45℃溶解时，所用时间较短，溶解效率较高，且氧化率低。实验结果明确显示了这一点。同时由于该法没有汞污染，故可以推广应用。