基本信息
- 项目名称：
- 铁矿石总铁测定的标准方法存在问题探讨及其快速准确测定新方法研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文主要研究以还原剂硼氢化钾代替铁矿石中铁含量测定标准方法（GB/T 6730.5-2007）中的还原剂二氯化锡和三氯化钛，在Cu2+的还原催化作用及还原终点指示作用下，还原铁矿石样品溶液中的Fe3+为Fe2+。实现在铜共存条件下铁矿石中总铁含量的快速准确测定，方法操作简单易掌握，重复性好，适合于实际应用。
- 详细介绍：
- 硼氢化钾是一种还原性较强的环保型还原剂，在弱碱性条件下相对稳定，在酸性条件和室温下能有效地将Fe3+还原，广泛用于铁和二价过渡金属的还原和金属颗粒的制备。刘志鹏等和Yang报道关于硼氢化钾还原-重铬酸钾滴定法用于铁矿和铜矿石中总铁含量的测定，硼氢化钾还原法的突出优点是：(1) 不使用汞盐；(2) 硼氢化钾还原Fe3+在室温条件下即可完成；(3) 在硫酸介质中可实现不经分离铜铁而直接测定铁，铜的存在对测定不产生干扰。以硼氢化钾为还原剂的重铬酸钾滴定法的原理为：还原剂硼氢化钾首先将Cu2+还原为颗粒非常细小的单质铜（Cu2+/Cu的E0=0.342V），单质铜再将Fe3+还原为Fe2+（Fe3+/Fe2+的E0=0.771V），随着还原剂硼氢化钾的不断加入，当Fe3+全部被还原为Fe2+后，溶液中出现褐色的金属铜颗粒，表明Fe3+的还原达到终点，此时停止加入还原剂硼氢化钾，而金属铜颗粒在酸性溶液中又被氧化为Cu2+，Cu2+的存在加速了Fe3+的还原作用（Cu2+不存在时，还原速度慢3倍），从而达到不经预先分离铜铁，简化分析步骤，实现在铜共存的条件下铁矿中总铁的快速准确测定。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 铁矿石总铁检验标准实施以来的实践表明，铁矿石总铁测定的标准方法（二氯化锡还原法）操作条件苛刻，步骤复杂，分析流程繁琐冗长，铜存在严重干扰测定。因此，研究无须分离铜铁即可快速准确测定的新方法是铁矿石质量检验的迫切需要。本课题利用铜对硼氢化钾还原铁的催化作用，提出以硼氢化钾为还原剂的重铬酸钾滴定法，达到不经预先分离铜铁，实现在铜共存条件下铁矿中总铁的快速准确测定。
科学性、先进性及独特之处
- 硼氢化钾为强还原剂，在酸性条件和室温下能有效地将Fe3+还原，广泛用于铁和二价过渡金属的还原及单质的制备。该方法相对于ISO标准方法（二氯化锡还原法和三氯化钛还原法）的突出优点是：(1) 无汞污染；(2) 硼氢化钾还原Fe3+在室温条件下即可完成；(3)铜的存在不仅不会对测定产生干扰，还对硼氢化钾还原Fe3+起加速作用以及Fe3+还原完全的终点指示作用，实现了铜存在下铁的快速准确测定。
应用价值和现实意义
- 硼氢化钾还原-重铬酸钾滴定法实现了无需铜铁分离铁矿石中总铁含量的快速准确测定，该方法在我国各口岸的铁矿石质量检验中心实验室的推广应用可大大缩短铁矿石检验周期，降低其检验成本，提高其检验的准确度，同时还可降低铁矿石的漏检率。
学术论文摘要
- 三氯化钛还原-重铬酸钾滴定法是测定铁矿石中总铁含量的标准分析方法，其原理为首先用二氯化锡将大部分的Fe3+还原，再用过量三氯化钛还原剩余的Fe3+，以钨酸钠为指示剂滴加稀重铬酸钾溶液消除过量的还原剂三氯化钛，然后以二苯胺磺酸钠为指示剂，用标准重铬酸钾溶液滴定Fe2+，方法操作条件苛刻，步骤复杂，分析流程繁琐冗长。本文研究以硼氢化钾还原Fe3+为Fe2+，借以Cu2+的还原催化作用和还原终点的指示作用，实现在铜共存条件下铁矿石中总铁含量的快速准确测定，方法操作简单易掌握，重复性好，适合于实际应用。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]应海松. 铁矿石商品的检验管理[M]. 北京：冶金工业出版社，2010 [2]ISO 2597 (E):1973. Determination of total iron content:Titrimetric method after tin (II) chloride reduction [3]Kallmann S, Komarkova E. Pollution-free method for the determination of iron in iron ore[J]. Talanta,1982,29:700-702 [4]ISO 9507:1990. Iron ores–Determination of total iron content-Titanium(III) chloride reduction methods [5]GB/T 6730.5-2007:铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法 [6]ISO 2597-1:2006 (E). Iron ores–Determination of total iron content-Part 1: Titrimetric method after tin (II) chloride reduction [7]ISO 2597-2:2008 (E). Iron ores–Determination of total iron content-Part 2:Titrimetric method after titanium(III) chloride reduction [8]刘志鹏. 铜存在下以硼氢化钾还原重铬酸钾滴定法测定铁[J]. 分析实验室, 1983, 2: 37-38 [9]Yang Xiao-Jin, A rapid and mercury pollution-free redoximetry determination of total iron in copper ore[J]. Talanta, 1994,41:1815-1819
同类课题研究水平概述
- 铁矿石常量铁分析的主要方法有EDTA络合滴定法、硫酸铈滴定法、硫代硫酸钠滴定法和重铬酸钾滴定法。二氯化锡还原-重铬酸钾滴定法为常量铁测定的经典方法，1973年被ISO采纳为国际标准方法，但该方法使用对人类健康和环境产生危害的二氯化汞，因此，科学工作者一直致力于不使用汞盐的重铬酸钾滴定法测定铁矿石中总铁含量的研究。研究报导的方法有金属（银或锌）还原法、盐酸羟胺还原法、三氯化钛还原法、硼氢化钾还原法等。 Kallmann等于1982年发表了二氯化锡-三氯化钛还原法，该方法原理为：首先用二氯化锡将大部分的Fe3+还原，再用过量三氯化钛还原剩余的Fe3+，过量的还原剂三氯化钛用稀重铬酸钾溶液滴定氧化或加入高氯酸加热煮沸去除，最后加入硫酸-磷酸混合溶液，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用标准重铬酸钾溶液滴定Fe2+。该方法避免了剧毒汞盐的使用，1990年被ISO采用作为标准方法ISO9507:1990。ISO分别于2006和2008年对二氯化锡还原法和三氯化钛还原法进行了修订，形成了ISO2597-1（二氯化锡还原法）和ISO2597-2（三氯化钛还原法），修订的方法没有修改原版本方法的操作步骤，只是对统计分析错误和数据进行了修正，ISO的155个成员国均采用此标准，目前我国的标准GB/T 6730.5-2007是基于ISO 9507:1990版本等效编制而成的，于2008年3月1日实施。铁矿石总铁检验标准实施以来的分析实践表明，标准方法操作条件苛刻、步骤复杂、分析流程繁琐冗长，尤其对于铜含量>0.1%的样品（由于铜铁共生成矿原因，铁矿石中一般含有少量的铜），须采用氨水沉淀分离铜铁，以消除铜对测定的干扰，氨水沉淀分离过程耗时，致使大批量样品的快速准确分析受到很大限制。对于重铬酸钾滴定法测定总铁含量方法的改进关键在于Fe3+还原剂的选择，在所研究报道的还原剂金属（银或锌）、盐酸羟胺、三氯化钛和硼氢化钾中，只有硼氢化钾还原法在硫酸介质中实现了铜共存条件下铁的测定。刘志鹏等和Yang报道了硼氢化钾还原-重铬酸钾滴定法用于铁矿和铜矿石中总铁含量的测定，硼氢化钾还原法的优点是：(1) 不使用汞盐；(2) 硼氢化钾还原Fe3+在室温条件下即可完成；(3) 在硫酸介质中可实现不经分离铜铁而直接测定铁，铜的存在对测定不产生干扰。但是，当溶液介质为盐酸时，铜的存在对测定产生明显的干扰。
