黃瑞成, 曹春華, 魏靈巧, 李永光

(湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊,湖北 孝感　432000)

0　引言

鐵是世界上用量最多的一種金屬,鐵礦石是鋼鐵生產(chǎn)最主要的原料。近年來,隨著中國鋼鐵產(chǎn)量的大幅度增長,鐵礦石需求量迅猛增加,中國鐵礦石的生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)鋼鐵工業(yè)的要求,每年必須大量進(jìn)口富鐵礦石,使得鐵礦石進(jìn)口量不斷攀升,鐵礦石對外依存度越來越大,這已成為中國鋼鐵工業(yè)經(jīng)濟(jì)安全的重大隱患,并嚴(yán)重影響中國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展[1-3]。目前,隨著傳統(tǒng)的鐵礦資源越來越緊缺,一些過去沒有作為鐵礦資源的超貧磁鐵礦被開采利用,并且取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

超貧磁鐵礦是一個全新的概念,是指達(dá)不到現(xiàn)行鐵礦地質(zhì)勘查規(guī)范邊界品位要求,在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以進(jìn)行開發(fā)利用的含鐵巖石的統(tǒng)稱。超貧磁鐵礦是礦石品位TFe<20%,需通過選礦工藝使其人為富集成為富礦后才能利用的貧礦,屬于需選礦石亞類中的一種[5-6]。超貧磁鐵礦的開發(fā)利用可以拓寬傳統(tǒng)鐵礦資源的概念,對認(rèn)識、開發(fā)非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源保證國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,無論是在理論還是在實踐上都有重要的意義[7]。磁性鐵分析是超貧磁鐵礦的基本項目之一[8],是查明礦石中主要有用組分鐵的含量以及圈定礦體、進(jìn)行資源/儲量估算的主要依據(jù)。

目前中國尚無磁性鐵分析的標(biāo)準(zhǔn)方法,常用的磁性鐵測定方法是重鉻酸鉀容量法[9-13]。以往本室采用硫—磷混合酸分解磁性鐵,結(jié)合重鉻酸鉀容量法滴定得到磁性鐵的含量。硫—磷混合酸的分解能力較強(qiáng),但是其沸點(diǎn)較高,需要用電爐加熱到較高的溫度才能將磁性鐵分解。此外,具有脫水性和強(qiáng)氧化性的濃硫酸的腐蝕性極強(qiáng),一旦接觸皮膚,就會與蛋白質(zhì)及脂肪發(fā)生水解反應(yīng),造成嚴(yán)重化學(xué)性燒傷,同時還會與碳水化合物發(fā)生高放熱性去水反應(yīng)并將其碳化,造成二級火焰性灼傷。磁性鐵是通過物理方法分離了礦石中非磁性鐵后的產(chǎn)物,不含有橄欖石、輝石、云母等難溶的含鐵硅酸鹽,分解較容易[14]。因此,本文用(1+1)鹽酸替代硫磷混合酸分解磁性鐵,建立應(yīng)用重鉻酸鉀容量法測定超貧磁鐵礦中磁性鐵的分析方法。

1　實驗部分

1.1　儀器及主要試劑

鐵礦石物相分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):GBW07271、GBW07272、GBW07273、GBW07274、GBW07275、GBW07276。

重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(2 mg/mL):準(zhǔn)確稱取3.511 9 g在150 ℃烘干2 h的基準(zhǔn)重鉻酸鉀(K2Cr2O7),加水溶解后移入2 000 mL容量瓶中。此溶液1 mL相當(dāng)于2 mg鐵。

鎢酸鈉溶液(30 g/L):稱取3 g鎢酸鈉(Na2WO4)溶于適量水中,然后稀釋至100 mL。

三氯化鈦溶液(75 g/L):將50%(體積分?jǐn)?shù))HCl和三氯化鈦(TiCl3)溶液等體積混合,現(xiàn)配現(xiàn)用。

硫酸銅溶液(20 g/L):將2 g 硫酸銅(CuSO4)溶于適量水中,然后稀釋至100 mL。

二苯胺磺酸鈉溶液(8 g/L):將0.8 g二苯胺磺酸鈉(C6H5NHC6H4SO3Na)溶于適量水中,然后稀釋至100 mL。

(1+1)鹽酸:將濃鹽酸(HCl)與去離子水等體積混合,現(xiàn)配現(xiàn)用。

硫—磷混合酸(2+3):將1 800 mL濃硝酸倒入3 000 mL燒杯中,然后緩慢加入1 200 mL濃硫酸,冷卻。

除特別注明外試劑均為分析純,水為去離子水。

1.2　實驗方法

1.2.1磁性鐵分離

稱取0.100 0～0.500 0 g試樣置于一直徑為12 cm的表面皿中,加入適量水,攪勻,將永久磁鐵放在25 mL的燒杯中,隔燒杯底測得磁場強(qiáng)度為(900±100)Oe,然后將其放在表面皿中來回緩慢移動進(jìn)行磁選,將永久磁鐵吸住的磁性部分用水沖洗接入250 mL錐形瓶中,經(jīng)過多次磁選直至沒有磁性鐵為止。

1.2.2磁性鐵測定

向錐形瓶中加25 mL(1+1)HCl,蓋上表面皿,置于已升溫至160 ℃的電熱板上溶解15 min,取下冷卻至室溫,加入1 mL Na2WO4溶液,快速滴加TiCl3溶液至溶液剛好變?yōu)樗{(lán)色,滴加1滴CuSO4溶液,加水至100 mL左右,振搖錐形瓶至藍(lán)色褪去,加入2滴二苯胺磺酸鈉溶液,用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫色出現(xiàn)為終點(diǎn)。

向錐形瓶中加15 mL硫—磷混合酸,置于電爐上加熱至硫酸煙冒離液面,取下冷卻至室溫,剩余操作同上。

2　結(jié)果討論

2.1　磁性鐵分解條件的優(yōu)化

2.1.1溶解溫度選擇

(1+1)HCl溶解磁性鐵時,適當(dāng)加熱有利于反應(yīng)的進(jìn)行,但溫度不宜過高,溫度過高會使溶液沸騰,導(dǎo)致三氯化鐵揮散以及耗酸量增大。根據(jù)實際情況,本實驗選擇電熱板的溫度為160 ℃。

2.1.2溶解時間選擇

按照實驗方法,在5～25 min的范圍內(nèi)考查了溶解時間對鐵礦石物相分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07271、GBW07272和GBW07275中磁性鐵測定結(jié)果的影響,結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出,隨著溶解時間的延長,三個鐵礦石物相分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中磁性鐵含量的測定值先增大然后趨于穩(wěn)定。當(dāng)溶解時間為15 min時,三個鐵礦石物相分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中磁性鐵含量的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對誤差為3.20%(GBW07271)、1.26%(GBW07272)和2.70%(GBW07275),小于相應(yīng)的相對誤差允許限4.36%(GBW07271)、1.67%(GBW07272)和3.23%(GBW07275),符合《DZ/T 0130.1—2006 地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》(以下簡稱“規(guī)范”)的要求。因此,本實驗選擇溶礦時間為15 min。

圖1　溶解時間對(1+1)鹽酸分解磁性鐵的影響 Fig.1　Effect of dissolution time on the decomposition of of magnetic iron in (1+1) hydrochloric acid

2.1.3方法準(zhǔn)確度

在已優(yōu)化的實驗條件下,對鐵礦石物相分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07273、GBW07274和GBW07276中的磁性鐵進(jìn)行分析,計算相對誤差(RE),結(jié)果見表1。從表中可以看出,三個鐵礦石物相分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中磁性鐵含量的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致,其相對誤差在0.43%～3.00%之間,小于對應(yīng)的相對誤差允許限,符合規(guī)范要求,表明建立的方法具有良好的準(zhǔn)確度。

表1　方法準(zhǔn)確度Table 1　Accuracy of the method　單位：%

2.2　實際樣品分析

表2　實際樣品分析Table 2　Analytical results of magnetic iron in actual samples　單位：%

表3　本方法與硫—磷混合酸分解的結(jié)果對比Table 3　Comparison of digestion results between hydrochloric acidand sulfuric acid-phosphoric acid mixture

按照優(yōu)化后的實驗方法,對全國某礦區(qū)的3個超貧磁鐵礦樣品中的磁性鐵進(jìn)行分析,并將分析結(jié)果與硫—磷混合酸分解/重鉻酸鉀容量法的分析結(jié)果進(jìn)行對比,詳細(xì)結(jié)果分別列于表2和表3。從表2和表3可以看出,超貧磁鐵礦樣品中磁性鐵重復(fù)分析結(jié)果的相對偏差在0.84%～1.12%之間,小于對應(yīng)的相對偏差允許限,符合規(guī)范要求;而且與硫—磷混合酸分解/重鉻酸鉀容量法相比,測定結(jié)果基本一致。說明該方法可以滿足實際樣品的分析要求。

3　結(jié)語

本文選擇(1+1)HCl溶解磁性鐵,應(yīng)用重鉻酸鉀容量法測定超貧磁鐵礦中磁性鐵的含量。與硫—磷混合酸分解/重鉻酸鉀容量法相比,不僅避免了強(qiáng)腐蝕性酸(濃硫酸)的引入,而且在一定程度上減少了試劑用量,降低了能耗。方法的準(zhǔn)確度、精密度及分析結(jié)果的比對驗證均比較理想,可以替代硫—磷混合酸分解/重鉻酸鉀容量法用于大批量超貧磁鐵礦中磁性鐵的快速分析。

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