亚硫酸钠还原法
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摘 要:采用亚硫酸钠做还原剂将Fe3+还原为Fe2+,然后用重铬酸钾滴定法测出铁矿石中铁的含量,从而避免了剧毒试剂HgCl2的引入,有效避免了环境污染,用于铁矿石中铁含量的测定,结果满意。
关键词:亚硫酸钠;还原;测定;铁
在贸易和工业上,用作商品的铁矿石,其重要性仅次于原油而居于第二位,对于铁矿石的质量评价,一般取决于少数的几个分析样品[1]。因此,铁矿石中铁含量测定准确度具有很大的现实和经济意义。
铁矿石中铁含量的测定有很多的测定方法,在国际标准化组织推荐的方法中,一种是用H2S做还原剂,另一种室SnCl2做还原剂(其中氯化亚锡-氯化汞-重铬酸钾法测定铁矿石中铁的含量准确度最高,应用最广泛),但这两种方法所用的试剂均对环境造成严重污染,在许多国家已日趋淘汰,因此,无污染法测定铁的含量作为一个热门课题被推到了日程上。
为了减少汞对环境的污染,近年来,研究无汞测铁的方法较多,主要是对还原剂的改进,即用其他不需用HgCl2除去的还原剂代替SnCl2,从而达到不引入剧毒HgCl2的目的。如改用不同还原剂铝、锌[2]等。
本文采用亚硫酸钠作还原剂,此法方便、快速,同时又可避免使用汞盐,还原能力可满足测定要求,过量的SO32-在酸性条件下能加热除去,用重铬酸钾滴定结果可靠,我们用无汞测铁的方案来改进重铬酸钾法,就是使用不同的还原剂亚硫酸钠,避免使用有害的汞盐且重铬酸钾属于直接配置法相对稳定,有明显的优越之处。用二苯胺磺酸钠作指示剂,重铬酸钾标准溶液滴定测铁该法快速,简便,精密度较好。
(1)铁矿石溶解:Fe2O3+6H*+8Cl-=2FeCl-+3H2O
(2)用于还原Fe3+的预还原剂Na2SO4:
SO32-+2Fe3++H2O=2Fe2++2H++SO42-,煮沸10min除去过量的SO32-。
(3)滴定:二苯胺磺酸钠作指示剂,用重铬酸标准溶液滴定溶液由无色变为紫色并保持30S不变色即为滴定终点,Fe3++ SO32-Fe2++SO42-
一实验部分
(一)主要试剂
的配制:精准称取已在150~180度烘干2小时,放在干燥器中冷至室温的K2Cr2O7 9.8060g于100mL烧杯中,加蒸馏水溶解后,移入2000mL的容量瓶中,用水稀释到刻度,混匀。
Fe2O3标准溶液0.0501mol/L的配制:铁含量为69.94%,精确称取8.000g的Fe2O3样品与500mL的烧杯中,加300mL的浓盐酸,加热到溶解完全后,取下冷却,保持酸度过量,移入到1000mL的容量瓶中,用水稀释到刻度,混匀.
二苯胺磺酸钠指示剂(0.2%)的配制:准确称取二苯胺磺酸钠样品0.2000g于50mL的烧杯中,加蒸馏水溶解后,移入到100mL的试剂瓶中,用水稀释到刻度,混匀。
硫磷混酸H2SO4:H3PO4:H2O=1:1:7溶液的配制:用100mL的量杯量取50mL的硫酸倒入200mL的烧杯中,再量取50mL的磷酸沿杯壁倒入硫酸中,用玻璃棒搅拌,待溶液冷却后,把溶液倒入到呈有350mL的水溶剂瓶中,摇匀。
10%亚硫酸钠溶液的配制:准确称取亚硫酸钠样品10.0000g于100mL的烧杯中,加蒸馏水溶解后,移入到100的容量瓶中,用水稀释到刻度,混匀。临时制备
5%氯化亚锡溶液的配制:精确称取5.0000g的氯化亚锡样品于100mL的烧杯中,加20mL的浓盐酸,加热到溶液透明,取下冷却,如果酸度不够,要适当加点酸保持酸度过量,移入到100mL的容量瓶中,用水稀释到刻度,摇匀。再加几颗锡粒,以免被空气氧化。
(二)实验方法
准确称取0.2000g左右处理好的铁矿石试样,置于250mL烧杯中,用少量水湿润后,加10mL浓盐酸,并滴加10滴SnCl2溶液助溶,盖上表面皿,在通风橱中小火加热(控制温度在65~70℃范围内)至试样分解完全。(试液清亮,剩余残渣变为白色(SiO2),用少量水冲洗表面皿和杯壁,加热至小气泡出现,在不断摇动下加入10%的亚硫酸钠溶液10ml,静置3min,再继续加热煮沸10min,取下冷却,将溶液稀释至150ml,加硫磷混液15ml,二苯胺磺酸钠4~5滴,用重铬酸标准溶液滴定至溶液由无色变为紫色并保持30s不变色即为终点。
(三)有关计算
铁矿石中含铁量的计算W(Fe)=6CV×10-3×55.85/m
式中:C-K2Cr2O7标准溶液的浓度,mol/L;V-滴定时消耗K2Cr2O7的体积,ml;55.85-铁的摩尔质量,g/mol;m-试样的质量,g。
二结果与讨论
(一)溶样时间
溶样时间对铁的测定结果有较大影响。固定还原酸度为4.0mol/L。还原温度为65℃。研究铁矿石式样的溶解与溶样的时间关系。结果表明,溶样时间为25min时,铁样溶解最好。时间短分解不完全,太长则铁组分随HCL挥发,均铁含量偏低,故选25min为最佳溶样时间。
(二)溶样温度
溶样温度也对铁含量的测定结果有较大影响,溶样温度低于60℃时,溶样缓慢,高于75℃时,盐酸挥发太快,带出少量铁而造成最终测定结果偏低。实验表明,温度控制在65℃左右范效果最佳。
(三)酸度影响
采用还原时,溶液酸度很难控制,在测铁溶液中,硫酸混酸主要是起缓中作用,使二苯胺磺酸钠指示剂产生明显滴定突跃。实验表明,加入15ml硫磷混酸,在此酸度下测得值与有汞法最接近,故此时为最佳酸度。
(四)干扰离子的影响
在选定的实验条件下,大多数常见离子不干扰铁的测定,在允许±5%的误差范围内可允许的共存离子有:5g的K+、Na+、NH4+、Mg2+、Ca2+。
(五)除去过量的SO32-
根据亚硫酸钠在热的酸溶液中不稳定的性质,可将溶液加热煮沸10min除掉过量的SO32-。实验表明,当煮沸10min后,测定结果稳定。
(六)样品分析
按此实验方法,分别测定了铁标和铁矿石中全铁含量,并与标准法进行了对照,结果较满意(见表1、2)
用氯化亚锡还原法对5份铁矿试样(Fe2O3含铁量69.94%)进行分析,用重铬酸标准溶液)=0.1000mol/L进行标定,按照实验方法测得结果如表1所示:
由上表可知:测得铁含量的平均值为54.84%,相对误差为0.28%,相对标准偏差为0.27%。
用亚硫酸钠还原法对3份铁矿试样(Fe2O3含铁量69.94%)进行常量分析,用重铬酸标准溶液0.1000mol/L进行标定,按实验方法测得结果如表2所示:
由上表可知:测得铁含量平均为54.86%,相对误差为0.27%,相对标准偏差为0.36%,结果表明,用亚硫酸钠还原法测定铁的含量,与标准方法测定结果一致。但本法所加入的亚硫酸钠是无毒还原剂,不会对环境造成污染,从这方面相比较,此方法优于氯化亚锡做还原剂的方法。
参考文献:
[1]葛焕炳,江成选.无污染法测定铁矿石中的铁[J].甘肃冶金,1995,(5).