鐵礦中全鐵含量的測定方法

鐵礦石中鐵的測定
鐵是地球上分布最廣的金屬元素之一，在地殼中的平均含量為5％，在元素豐度表中位于氧、硅和鋁之后，居第四位。自然界中已知的鐵礦物有300多種，但在當前技術條件下，具有工業利用價值的主要是磁鐵礦(Fe3O4含鐵72.4％)、赤鐵礦(Fe2O3含鐵70.0％)、菱鐵礦(FeCO3含 鐵48.2％)、褐鐵礦(Fe2O3·nH2O含鐵48％～62.9％)等。
鐵礦石是鋼鐵工業的基本原料，可冶煉成生鐵、熟鐵、鐵合金、碳素鋼、合金鋼、特種鋼等。用于高爐煉鐵的鐵礦石，要求其全鐵TFe(全鐵含量)≥50％，S≤0.3％，P≤0.25％，Cu≤0.2％，Pb≤0.1％，Zn≤0.1％，Sn≤0.08％，而開采出來的原礦石中鐵的品位一般只有20％～40％．通過選礦富集，可將礦石的品位提高到50％～65％。我國每年從國外進口大量商品鐵礦石。
鐵礦石的常規分析是做簡項分析，即測定全鐵(TFe)、亞鐵、可溶鐵、硅、硫、磷。錢分析還要測定：氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化錳、砷、鉀、鈉、釩、鐵、鉻、鎳、鈷，鉍、銀、鋇、鍶、鋰、稀有分散元素。吸附水、化合水、灼燒減量及二氧化碳等。本節著重介紹全鐵的測定。
一、鐵礦石試樣的分解
鐵礦石屬于較難分解的礦物，分解速度很慢，分析試樣應通過200目篩，或試樣粒度不大于0.074mm。
鐵礦石一般能被鹽酸在低溫電爐上加熱分解，如殘渣為白色，表明試樣分解完全若殘渣有黑色或其它顏色，是因為鐵的硅酸鹽難溶于鹽酸，可加入氫氟酸或氟化銨再加熱使試樣分解完全，磁鐵礦的分解速度很慢，可用硫－磷混合酸（1+2）在高溫電爐上加熱分解，但應注意加熱時間不能太長，以防止生成焦磷酸鹽。
部分鐵礦石試樣的酸分解較困難，宜采用堿熔法分解試樣，常用的熔劑有碳酸鈉、過氧化鈉、氫氧化鈉和過氧化鈉－碳酸鈉（1+2）混合熔劑等，在銀坩堝、鎳坩堝、高鋁坩堝或石墨坩堝中進行。堿熔分解后，再用鹽酸溶液浸取。
二、鐵礦石中鐵的分析方法概述
鐵礦石中鐵的含量較高，一般在20～70％之間，其分析方法有氯化亞錫－氯化汞－重鉻酸鉀容量法，三氯化鈦－重鉻酸鉀容量法和氯化亞錫－氯化汞－硫酸鈰容量法。
第一種方法（又稱汞鹽重鉻酸鉀法）是測定鐵礦石中鐵的經典方法，具有簡便、快捷、準確、穩定、容易掌握等優點，在實際工作中得到了廣泛應用，成為國家標準方法之一——《鐵礦石化學分析方法，氯化亞錫－氯化汞－重鉻酸鉀容量法測定全鐵量》（GB/T6730.4-1986）。其基本原理是：在熱、濃鹽酸介質中，用氯化亞錫還原試液中的Fe（Ⅲ）為Fe（Ⅱ），過量的氯化亞錫用氯化汞氧化除去，在硫－磷混合酸存在下，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用重鉻酸鉀標準滴定溶液滴定生成所有Fe（Ⅱ）至溶液呈現穩定的紫色為終點，以重鉻酸鉀標準溶液的消耗量來計算出試樣中鐵的含量。
(1)在實際工作中，為了使Fe（Ⅲ）能較為迅速地還原完全，常將制備溶液加熱到小體積時，趁熱滴加SnCl2溶液至黃色褪去。趁熱加入SnCl2溶液，是因為Sn（Ⅱ）還原Fe（Ⅲ）的反應在室溫下進行得很慢，提高溫度到近沸，可加快反應速度。濃縮至小體積，既提高了酸度，防止SnCl2水解，又提高了反應物濃度，有利于Fe（Ⅲ）的還原和還原完全時顏色變化的觀察。
(2)加HgCl2除去過量的SnCl2必須在冷溶液中進行，其氧化作用較慢，在加入HgCl2溶液后需放置2～3min，才能滴定。因為在熱溶液中，HgCl2可氧化Fe（Ⅱ），使測定結果偏低：加入HgCI2溶液后不放置，或放置時間太短，反應不完全，Sn（Ⅱ）未除盡，使結果偏高：若放置時間過長，已被還原的Fe（Ⅱ）可被空氣中的氧所氧化，使結果偏低。
(3)滴定前加入硫－磷混合酸的作用：是保證K2Cr2O7氧化能力所需的酸度，二是H3PO4與Fe（Ⅲ）形成無色配離子[Fe(HpO4)2]-，既可消除FeCl3黃色對終點色變的影響，又可降低Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）電對的電位，使滴定突躍范圍變寬，指示劑顏色突變明顯。但是，必須注意，在H3PO4介質中，Fe（Ⅱ）的穩定性較差，加入硫－磷混合酸后，要盡快滴定。
(4)二苯胺磺酸鈉與K2Cr2O7的反應速度本來很慢，因微量Fe（Ⅱ）具有催化作用，使其與K2Cr2O7的反應迅速進行，變色敏銳。因此，同時做空白試驗時，要加入一定量的硫酸亞鐵銨溶液。由于指示劑被氧化時也消耗K2Cr2O7，所以應嚴格控制指示劑用量。
第二種方法（又叫無汞鹽重鉻酸鉀法）是由于汞鹽有劇毒，污染環境，危害人體健康，人們提出了改進方法，避免使用汞鹽。該方法的應用較為普遍，也是國家標準分析方法之一——《鐵礦石化學分析方法，三氯化鈦－重鉻酸鉀容量法測定全鐵量》（GB/T6730.5-1986）。其基本原理是：在鹽酸介質中，用三氯化鈦溶液將試液中的Fe（Ⅲ）還原為Fe（Ⅱ）。Fe（Ⅲ）被還原完全的終點，用鎢酸鈉（也可用甲基橙、中性紅、次甲基藍等）溶液來指示。當無色鎢酸鈉溶液變為藍色（鎢藍）時，表示Fe（Ⅲ）已還原完全。用重鉻酸鉀溶液氧化過量的三氯化鈦至鎢藍剛消失，然后加入硫－磷混合酸，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用重鉻酸鉀標準滴定溶液滴定生成所有Fe（Ⅱ）至溶液呈現穩定的紫色為終點。
第三種方法是在第一種方法的基礎上，只將重鉻酸鉀標準滴定溶液替換為硫酸鈰標準滴定溶液作為氧化劑來滴定Fe（Ⅱ）。它適合測定含砷、銻較高的試樣。