張曉紅

（霍州煤電集團(tuán)河津杜家溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 臨汾 041000）

引言

礦井水是伴隨煤炭開采而排出的廢水,同時(shí)又是一種可循環(huán)使用的水資源。隨著礦井水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地改善了礦井水質(zhì)，但其殘留物對(duì)環(huán)境造成污染[1]。近年來，隨著煤礦采掘規(guī)模的不斷擴(kuò)大，煤礦在采掘過程中所產(chǎn)生的礦井廢水越來越多，礦井廢水進(jìn)入自然環(huán)境中，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境都會(huì)造成較大影響。礦井廢水種類繁多，硝酸鹽廢水作為礦井廢水的主要成分，其流入自然環(huán)境會(huì)造成自然水體中硝酸鹽含量升高，人類直接或間接攝入過高的硝酸鹽會(huì)對(duì)身體健康造成嚴(yán)重的危害，同時(shí)，水體中的硝酸鹽含量過高會(huì)造成水富營養(yǎng)化，破壞生態(tài)環(huán)境平衡[2-3]。對(duì)礦井廢水中的硝酸鹽含量進(jìn)行準(zhǔn)確分析，可以讓我們充分了解礦井廢水中硝酸鹽含量的狀況，從而確定處理的礦井廢水是否達(dá)標(biāo)環(huán)保排放。綜合來看，目前尚無硝酸根離子的準(zhǔn)確測(cè)試方法，本文向硝酸鹽溶液中加入過量亞鐵離子進(jìn)行反應(yīng)，再用高錳酸鉀反滴定，提高了測(cè)試的準(zhǔn)確性[4-5]。

1 主要儀器及試劑

燒杯；移液管；滴定管；容量瓶；錐形瓶；加熱器。

高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液；硫酸亞鐵銨；H2SO4溶液；去離子水，優(yōu)級(jí)純。

2 實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果分析

2.1 溶液的制備

1）硫酸亞鐵銨溶液的制備：稱取24.508 7 g 樣品于250 mL 燒杯中，加入100 mL 水溶解，移入250 mL容量瓶中，定容，搖勻備用。

2）硫酸溶液的制備：取50 mL 去離子水于200 mL燒杯中，緩慢加入50 mL 硫酸（98%），冷卻，搖勻備用。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

準(zhǔn)確移取20 mL 礦井廢水于250 mL 容量瓶中，加水稀釋定容10 min，移取上述液體10 mL 于錐形瓶中，加少量水，加入硫酸，搖勻，在加熱器上加熱一段時(shí)間，加熱結(jié)束后冷卻至室溫，緩慢滴加高錳酸鉀至溶液變?yōu)榉奂t色即為滴定終點(diǎn)。

2.3 影響測(cè)試結(jié)果的條件

2.3.1 亞鐵離子加入量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其他反應(yīng)條件不變，研究亞鐵離子加入量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。從表1 可以看出，亞鐵離子加入量對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定影響，亞鐵離子加入量小于54 mL 時(shí)，由于亞鐵離子不夠，未將溶液中的硝酸根全部還原，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏低；亞鐵離子加入量大于54 mL 以后，亞鐵離子可以將溶液中的硝酸根全部還原，測(cè)試結(jié)果基本維持不變。由于溶液中硝酸根含量較高，配制亞鐵溶液時(shí)的濃度也較高，為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，選擇低濃度的高錳酸鉀進(jìn)行反滴定，溶液中加入過多的亞鐵離子需要消耗大量的高錳酸鉀，同時(shí)需要更長的滴定時(shí)間。綜合考慮，亞鐵離子加入量為54 mL 較為合適。

表1 不同的亞鐵離子加入量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

2.3.2 硫酸加入量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其他反應(yīng)條件不變，研究硫酸加入量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。硫酸加入量對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定影響，硫酸加入量小于3 mL 時(shí)，由于溶液酸度不夠，硝酸根離子與亞鐵離子反應(yīng)活性較低，短時(shí)間內(nèi)溶液中的硝酸根離子未反應(yīng)完全，造成測(cè)試結(jié)果偏低；硫酸加入量大于3mL 以后，溶液中的全部硝酸根已參與反應(yīng)，測(cè)試結(jié)果較準(zhǔn)確。所以，從提高測(cè)試精度的角度出發(fā)，硫酸加入量不宜小于3 mL。

2.3.3 加熱時(shí)間對(duì)收率的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其他反應(yīng)條件不變，探索加熱溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。從表2 可以看出，加熱溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，加熱溫度小于70 ℃時(shí)，測(cè)試結(jié)果偏低，加熱溫度大于70 ℃以后，測(cè)試結(jié)果基本穩(wěn)定。亞鐵離子與硝酸根離子反應(yīng)存在反應(yīng)能壘，提高測(cè)試溫度可以使反應(yīng)突破能壘，加快化學(xué)反應(yīng)速率，使硝酸根被亞鐵離子還原完全，但溫度也不宜過高，過高的溫度需要更長的時(shí)間進(jìn)行冷卻，延長了測(cè)試時(shí)間，同時(shí)容易造成溶液損失，加熱溫度在70 ℃～80 ℃范圍內(nèi)較適宜。

表2 加熱溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

2.3.4 加熱時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其他反應(yīng)條件不變，探索加熱時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，結(jié)果見表3。

表3 加熱時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

從表3 可以看出，加熱時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，加熱時(shí)間小于20 min 時(shí)，有一定測(cè)試誤差，加熱時(shí)間大于20 min 以后，測(cè)試結(jié)果波動(dòng)較小，測(cè)試較為準(zhǔn)確。亞鐵離子與硝酸根離子反應(yīng)速度較慢，加熱時(shí)間短，溶液中的硝酸根未全部被還原，測(cè)試結(jié)果偏低。加熱時(shí)間大于20 min 以后，溶液中的硝酸根離子已全部被還原，測(cè)試結(jié)果基本穩(wěn)定，在不影響測(cè)試的前提下，加熱時(shí)間越短越好，因此加熱時(shí)間選擇20 min～25 min 較為合適。

2.3.5 高錳酸鉀滴加量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其他反應(yīng)條件不變，探索高錳酸鉀滴加量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。結(jié)果表明，高錳酸鉀滴加量對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，高錳酸鉀滴加量小于30.4 mL 時(shí)，測(cè)試結(jié)果偏高；高錳酸鉀滴加量大于30.5 mL 以后，測(cè)試結(jié)果偏低。滴加高錳酸鉀是為了計(jì)算出參與反應(yīng)的亞鐵離子的量，從而計(jì)算出溶液中硝酸根含量，當(dāng)高錳酸鉀滴加量不夠時(shí)，勢(shì)必造成參與反應(yīng)的亞鐵離子偏高，從而計(jì)算出硝酸根偏高；相反，加入過量高錳酸鉀會(huì)使測(cè)試結(jié)果偏低。

2.3.6 滴定時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

在實(shí)驗(yàn)中，控制其他反應(yīng)條件不變，研究滴定時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。結(jié)果表明，滴定時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，滴定時(shí)間小于15 min 時(shí)，測(cè)試結(jié)果偏高；滴定時(shí)間大于15 min 以后，測(cè)試結(jié)果基本穩(wěn)定。由于高錳酸鉀溶液濃度較低，需要滴加30 mL 左右才能達(dá)到滴定終點(diǎn)，滴定時(shí)間過短，勢(shì)必需要加快滴定速度，容易造成滴定誤差，延長滴定時(shí)間，雖然可以提高滴定精度，但影響滴定效率，綜合考慮，滴定時(shí)間在15 min～20 min 較為合適。

3 結(jié)論

1）通過對(duì)礦井廢水測(cè)試過程中影響測(cè)試結(jié)果的各因素進(jìn)行，得到最佳的測(cè)試條件為：亞鐵離子加入量54 mL、硫酸加入量3 mL、加熱溫度70 ℃～80 ℃、加熱時(shí)間20 min～25 min、高錳酸鉀滴加量30.4 mL、滴定時(shí)間15 min～20 min。

2）影響測(cè)試結(jié)果因素，除了滴定時(shí)間影響較小，其他測(cè)試條件均影響較大，在測(cè)試過程中應(yīng)嚴(yán)格控制。