含銅礦石中全鐵含量測試方法探索

余聯鳳，范本奕，曹欣欣，錢玲瑤，楊 曲

（中國冶金地質總局昆明地質勘查院測試中心，云南 昆明 650203）

鐵礦石是鋼鐵行業的主要原材料，鐵礦石中鐵含量測試事關國家國防科技及國民生存。目前鐵礦石中全鐵含量的測定方法主要依據有鐵離子的氧化還原反應的重鉻酸鉀容量法、EDTA 絡合滴定法、電位滴定法，黃基水楊酸分光光度法，X-射線熒光光譜法、離子體發射光譜法和原子吸收光譜法等。重鉻酸鉀滴定法因其操作簡單，分析速度快，不需要大量的設備投入而備受青睞。當鐵礦樣品中含有銅時，采用常規的容量法測試全鐵含量時，檢測結果往往會偏高，且偏高的程度和樣品中含銅量的呈正相關。本文對電感耦合等離子體發射光譜法和氨水分離銅測試銅礦石中全鐵含量進行了對比研究。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

1.1.1 儀器

電感耦合等離子體發射光譜儀（iCAP7400，美國熱電）：發生器功率為1 350 W；分析泵速為50 r/min；觀測高度為12.5 mm；冷卻氣流量為10.5 L/min；輔助氣流量為0.8 L/min；霧化氣流量為0.5 L/min。馬弗爐（常溫至800 ℃）。

1.1.2 主要試劑及耗材

過氧化鈉（AR），鹽酸（AR），硫酸（AR），硝酸（AR），氯化亞錫（AR），重鉻酸鉀（GR），氨水（AR）、鐵標準儲備液（1 000 μg/mL，鋼研納克檢測技術有限公司）。

1.1.3 標準曲線配制

將鐵標準儲備液逐級稀釋至0.00、1.00 μg/mL、5.00 μg/mL、20.0 μg/mL、50.0 μg/mL、100 μg/mL、200 μg/mL 濃度的標準系列，介質均為4%鹽酸。

1.2 實驗方法

將購買的6 個銅礦石一級標準物質按照三種不同的方法進行測試，每種方法平行測試6 組，對所得數據進行統計。

1）方法一。參照國家標準GB／T6730.5—2009[1]，采用硫酸-磷酸混酸-硝酸硝解樣品后，氯化亞錫-三氯化鈦還原，重鉻酸鉀滴定直接測試（不分離銅）。

2）方法二。高鋁坩堝-過氧化鈉熔融，鹽酸酸化后氨水調節pH 至鐵沉淀完全，濾紙過濾并用5%氨水洗至濾液不帶藍色為止，更換三角瓶承接濾液，用1+1 鹽酸將鐵沉淀復溶解并分離酸不溶雜質，氯化亞錫-三氯化鈦還原，重鉻酸鉀滴定測試。

3）方法三。高鋁坩堝-過氧化鈉熔融，鹽酸酸化后定容，待澄清后稀釋，電感耦合等離子體發射光譜儀測試。

2 結果分析

三種不同的全鐵含量測定方法對所選的6 個國家一級標準物質測試結果見下頁表1。

表1 銅礦石中鐵含量測試結果 %

表1 中顯示，當礦石中含銅時，采用常規的鐵礦石測試方法很難準確得出鐵礦石中全鐵含量，所選6個含銅標準物質測試值RE 在1.21%～58.75%之間，且銅含量越高，其值越大。具體來說，重鉻酸鉀滴定法測定礦石中全鐵含量時，先使用氯化亞錫將Fe3+還原到Fe2+，在此過程中，銅以Cu2+形式存在，其在還原劑存在下極易被還原為Cu+，滴定過程中Fe2+氧化成Fe3+，同時Cu+也被氧化為Cu2+，故銅的存在嚴重干擾全鐵含量的測定。

若從上述機理解釋，在知曉銅含量的情況下完全可以扣除銅對鐵的干擾，即：

式中：CFe（真實）為礦石樣品中鐵質量分數真實值；CFe（測試）為礦石樣品中鐵質量分數在同干擾條件下的測試值；CCu為礦石樣品中銅質量分數測試值；0.879 5 為Fe 和Cu 的原子質量比。

將按國標方法所測試的全鐵含量、全鐵參考值、及銅含量參考值統計整理結果見下頁表2。

由表2 可以看到，銅對鐵的影響并非簡單的系數關系，部分學者認為是Cu+可作催化劑，使得Fe2+較快地被空氣中的氧氧化成Fe3+，而Cu+自生也可以被重鉻酸鉀氧化為穩定的Cu2+形式存在[2-3]。可見，當遇到含銅礦石時，其全鐵含量測定不能采用國標方法扣減銅的影響，必須考慮分離銅后進行測試，或采用無干擾的其他儀器進行測試，其可以為實驗室質控提供參考。

表2 銅對鐵的測定影響

當采用氨水調節pH 至鐵離子沉淀完全，銅離子和氨水形成絡合使其分離，其測定結果和參考值吻合較好，RE 在0.01%～0.35%之間，RSD 均小于1%，結果穩定可靠，但操作繁瑣，適合條件簡單的實驗室，或對檢測結果準確度較高時采用。電感耦合等離子體發射光譜法測定鐵礦石中全鐵時，因采用堿熔融會帶入大量的鹽分，需進行稀釋后方能上機測試，較大稀釋倍數會使測試誤差放大，故在表1 中可看到其RSD 在0.33%～3.18%之間，但其RE 較小，RE 均小于0.5%，其測試結果可真實體現樣品中全鐵的含量，且其操作簡單，無需分離去除銅的干擾。

3 結論

當鐵礦石樣品中銅含量較高時會對全鐵量的測定產生正偏差影響，且銅含量越高，其影響越大，其規律可為實驗室質控銅礦石中全鐵含量數據準確性提供判斷依據；氨水分離可有效去除銅離子對全鐵含量測定，但操作繁瑣，適合對數據要求較高時選用；堿熔融-電感耦合等離子體發射光譜測定可屏蔽銅的干擾，操作簡單、測試速度快，但樣品處理會帶入大量鹽分，故需謹慎操作，否則會將測試誤差放大。