超貧磁鐵礦中磁性鐵的測定

黃瑞成, 曹春華, 魏靈巧, 李永光

(湖北省地質局 第六地質大隊,湖北 孝感　432000)

0　引言

鐵是世界上用量最多的一種金屬,鐵礦石是鋼鐵生產最主要的原料。近年來,隨著中國鋼鐵產量的大幅度增長,鐵礦石需求量迅猛增加,中國鐵礦石的生產量遠遠不能滿足國內鋼鐵工業的要求,每年必須大量進口富鐵礦石,使得鐵礦石進口量不斷攀升,鐵礦石對外依存度越來越大,這已成為中國鋼鐵工業經濟安全的重大隱患,并嚴重影響中國經濟社會的可持續發展[1-3]。目前,隨著傳統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濟效益[4]。

超貧磁鐵礦是一個全新的概念,是指達不到現行鐵礦地質勘查規范邊界品位要求,在當前技術經濟條件下可以進行開發利用的含鐵巖石的統稱。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]。超貧磁鐵礦的開發利用可以拓寬傳統鐵礦資源的概念,對認識、開發非傳統礦產資源保證國民經濟發展,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、進行資源/儲量估算的主要依據。

目前中國尚無磁性鐵分析的標準方法,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,但是其沸點較高,需要用電爐加熱到較高的溫度才能將磁性鐵分解。此外,具有脫水性和強氧化性的濃硫酸的腐蝕性極強,一旦接觸皮膚,就會與蛋白質及脂肪發生水解反應,造成嚴重化學性燒傷,同時還會與碳水化合物發生高放熱性去水反應并將其碳化,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

鐵礦石物相分析標準物質:GBW07271、GBW07272、GBW07273、GBW07274、GBW07275、GBW07276。

重鉻酸鉀標準溶液(2 mg/mL):準確稱取3.511 9 g在150 ℃烘干2 h的基準重鉻酸鉀(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%(體積分數)HCl和三氯化鈦(TiCl3)溶液等體積混合,現配現用。

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,現配現用。

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度為(900±100)Oe,然后將其放在表面皿中來回緩慢移動進行磁選,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溶液至溶液剛好變為藍色,滴加1滴CuSO4溶液,加水至100 mL左右,振搖錐形瓶至藍色褪去,加入2滴二苯胺磺酸鈉溶液,用K2Cr2O7標準溶液滴定至紫色出現為終點。

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　結果討論

2.1　磁性鐵分解條件的優化

2.1.1溶解溫度選擇

(1+1)HCl溶解磁性鐵時,適當加熱有利于反應的進行,但溫度不宜過高,溫度過高會使溶液沸騰,導致三氯化鐵揮散以及耗酸量增大。根據實際情況,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的范圍內考查了溶解時間對鐵礦石物相分析標準物質GBW07271、GBW07272和GBW07275中磁性鐵測定結果的影響,結果如圖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準物質中磁性鐵含量的測定值先增大然后趨于穩定。當溶解時間為15 min時,三個鐵礦石物相分析標準物質中磁性鐵含量的測定值與標準值的相對誤差為3.20%(GBW07271)、1.26%(GBW07272)和2.70%(GBW07275),小于相應的相對誤差允許限4.36%(GBW07271)、1.67%(GBW07272)和3.23%(GBW07275),符合《DZ/T 0130.1—2006 地質礦產實驗室測試質量管理規范》(以下簡稱“規范”)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方法準確度

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

表1　方法準確度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—磷混合酸分解的結果對比Table 3　Comparison of digestion results between hydrochloric acidand sulfuric acid-phosphoric acid mixture

按照優化后的實驗方法,對全國某礦區的3個超貧磁鐵礦樣品中的磁性鐵進行分析,并將分析結果與硫—磷混合酸分解/重鉻酸鉀容量法的分析結果進行對比,詳細結果分別列于表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分析結果的相對偏差在0.84%～1.12%之間,小于對應的相對偏差允許限,符合規范要求;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　結語

本文選擇(1+1)HCl溶解磁性鐵,應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。方法的準確度、精密度及分析結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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