三氯化鐵分解重鉻酸鉀滴定法測金屬化球中金屬鐵和氧化亞鐵的含量

詹 娟

本文在對金屬鐵進行測定分析的過程中，選用三氯化鐵分解重鉻酸鉀滴定方法來進行。最終所測到的實驗結果較為準確，其誤差在國家標準允許誤差范圍內，這種方法具有快速、有效的優點，在直接還原鐵中金屬鐵測定的過程中使用較為廣泛。

1 實驗儀器設備及化學試劑

1.1 儀器

天平，電爐，磁力攪拌器，化學試劑。

1.2 化學試劑

在制定三氯化鐵一乙酸鈉溶液的過程中，首先需要選取較多毫升的三氯化鐵溶液，并且在三氯化鐵溶液中通過結合乙酸鈉的方式來進行計量稱重。如果測定數值與標準的要求不符，那么則需要在此過程中通過加入乙酸鈉或者三氯化鐵溶液來進行適當的調整。將硫磷以及硫酸混合并達到冷卻的狀態。選取干燥的基準重鉻酸鉀并且與水相結合來制作出重鉻酸鉀標準溶液。重鉻酸鉀標準溶液放置兩天之后方可用于測定鐵的過程中。

2 實驗方法

在進行實驗的過程中，首先需要將所選取的三氯化鐵溶液進行溶解，在金屬鐵被氧化成為二氯化鐵的情況下，再進行下一步的過濾分離，之后通過在濾液中加入二苯胺磺酸鈉，在通過運用中重鉻酸鉀滴定的方式，來求出金屬鐵的質量分數。

2.1 金屬鐵

所選取的0.1g試樣粒度要小于0.125mm，并且相關試樣的儲存工作要放置于300ml的干燥錐形瓶中，并且將40ml的三氯化鐵溶液以及磁攪拌子加入其中方可蓋上瓶塞。在使用電磁攪拌器進行攪拌的過程中，整個30min的攪拌時間，需要對瓶壁進行一到兩次的水吹洗工作。再進行過濾的過程中，我們可以選取中性石棉填充的玻璃漏斗來更好地將相關雜質過濾出來，將過濾的溶液還放置到300ml的錐形瓶中。之后，再將過濾的溶液進行稀釋，在稀釋的溶液中，通過加入20ml的硫磷混合酸以及六滴氨磺酸鈉溶液之后，再通過重鉻酸鉀標準溶液將結合液進行滴定至顏色變為紫色。在進行實驗的過程中，首先需要進行空白值的測量工作，但在實際進行這一工作之前，需要在相關溶液中加入10ml三氯化鐵溶液并使用重鉻酸鉀標準溶液進行滴定，這一工作需要重復進行兩次，前后所滴定的標準溶液體積差就是我們所需要的空白值。

2.2 氧化亞鐵含量檢測

在對氧化亞鐵的含量進行檢測的過程中，我們需要將殘渣以及濾紙進行收集，并且將殘渣與濾紙通過加入1g～2g的碳酸氫鈉固體一并放置到原錐形瓶中，并且與1g左右的氟化鈉固體以及30ml的鹽酸進行融合之后快速蓋上陶瓷蓋，整個加熱溶解的過程要合理的控制好相應溶液的體積，在體積達到10ml～15ml之間的情況下，在這些加熱后的溶液中迅速加入60ml.碳酸氫鈉溶液，并且將相結合的溶液放置冷卻到室溫狀態；之后在冷卻后的溶液中通過加入20ml的硫磷混酸后，方可使用二苯胺磺酸鈉以及重鉻酸鉀標準溶液將冷卻后的溶液滴至顏色變成紫紅色為止。

3 結果

3.1 樣品粒度的影響

選取的直接還原鐵需要保證其中含有亞鐵質量分數為18.13%，之后通過使用相應的方法來將直接還原鐵分成不同粒度的樣品，通過查看樣品的粒度便可直接獲取樣品粒度與亞鐵測定之間是否具有相互影響的作用。

3.2 三氯化鐵溶液濃度

在測量三氯化鐵溶液濃度的過程中，由于金屬鐵氧化后二氯化鐵與亞鐵便會從三氯化鐵溶液中得到分離，因此三氯化鐵溶液的濃度與用量需要進行嚴格的控制。本文在對金屬鐵分離后亞鐵測定的過程中，選取了三種不同濃度的三氯化鐵溶液，最終結果表明，在三氯化鐵質量濃度處于80g每升的情況下，所得到的實驗結果較為穩定。

3.3 三氯化鐵溶液用量

使用100g每升的三氯化鐵溶液，運用相同的實驗方法，選擇不同的用量來將金屬鐵進行分離，之后再對亞鐵進行測定工作。這種測定方法表示，我們可以通過選取20ml的三氯化鐵溶液來測定的亞鐵質量結果較為穩定。我們在實際實驗的過程中使用了30ml的三氯化鐵溶液。

3.4 試樣溶解時攪拌時間的影響

我們在融合三氯化鐵溶液以及樣品的整個過程是在室溫下所進行的，所以在對相應樣品進行震蕩攪拌的過程中要合理的控制好相關的攪拌時間。本文在實際進行攪拌的過程中，通過將30mL100g/L三氯化鐵溶液溶解樣品先取不同的攪拌時間，對不同攪拌時間的結果進行分析對比之后發現，20min的攪拌時間是結果最為穩定的時刻，本實驗實際就運用了20min的攪拌時間。

3.5 濾紙及清洗速度的選擇

首先，我們需要將0.2g質量分數為50%的金屬化球試料分別放置在30ml的三角錐形瓶中，這一部分要選取九份的金屬化球試料，并且在這九份金屬化球試料中，通過加入40ml的三氯化鐵進行30min的攪拌工作之后，發現其中三份比較快速、三份處于中速，而剩余三份則處于慢速狀態，根據相關的實驗結果可以看出來快速，過濾耗時30min，濾液渾濁，終點不明顯；中速，過濾耗時40min，濾液清亮，終點變色敏銳；慢速，過濾耗時60min，濾液清亮，終點變色敏銳。我們可以看出，建議使用定量中速率者的方式來進行相關的測定工作。

3.6 樣品粒度的選擇

樣品粒度的選擇工作是非常重要的，他對于整個檢測結果的準確性和穩定性影響比較巨大，我們在實際進行實驗的過程中，選擇了質量分數為81.81%的直接還原鐵，使用相關方法將還原鐵制成不同的粒度，之后再選擇同樣的方法來查看浸取金屬鐵的結果是否有相應的變化。最終通過表中我們可以看出，低于0.125mm的樣品粒度時不會影響到浸取金屬鐵的工作。

3.7 滴定酸度控制

在查看酸度對檢測結果是否有影響的過程中，我們需要選擇0.2g且質量分數為43.58%的金屬化球，在該試樣中，通過加入40ml的三氯化鐵，進行30min的攪拌工作之后，通過加入硫磷混合酸濃度來查看相應的實驗結果。對于消耗重鉻酸鉀標準溶液體積大小方面，在硫磷混合酸出于20ml的狀態下相關的極差處于最小值。

3.8 重鉻酸鉀標準溶液濃度的選擇

在查看重鉻酸鉀濃度對檢測結果是否有影響的過程中，還是選取質量分數為43.58%的金屬化球，在使用重鉻酸鉀標準溶液進行滴定的過程中，運用相同的實驗方法將不同濃度的重鉻酸鉀標準溶液進行滴定查看對金屬鐵的檢驗結果，根據試驗的數據我們可以看出，在重鉻酸鉀標準溶液處于0.15mol/L情況下相關檢測結果最佳。

重鉻酸鉀濃度/0.1000（molL-），消耗重鉻酸鉀標準溶液體積46.8mL，極差0.25mL。

重鉻酸鉀濃度/0.1500（molL-），消耗重鉻酸鉀標準溶液體積31.2mL，極差0.05mL。

重鉻酸鉀濃度/0.2000（molL-），消耗重鉻酸鉀標準溶液體積23.1mL，極差0.40mL。

在查看重鉻酸鉀濃度是否對亞鐵檢測結果有影響的情況下，我們需要將不同濃度的重絡酸鉀標準溶液加入到九個試料殘渣中。不同濃度的重鉻酸鉀濃度在檢測亞鐵的過程中所消耗的重鉻酸鉀標準溶液體積不同。從以下結果中我們可以看出，在重鉻酸鉀標準溶液的濃度處于0.05mol/情況下，金屬化球中的氧化亞鐵結果重復性處于較好的狀態，所以我們在對亞鐵進行滴定檢測的過程中，建議使用0.05mol/濃度的重鉻酸鉀標準溶液。

重鉻酸鉀濃度/0.0250（mol+L），消耗重鉻酸鉀標準溶液mL體積28.5mL，極差0.35mL。

重鉻酸鉀濃度/0.0500（mol+L），消耗重鉻酸鉀標準溶液mL體積14.2mL，極差0.10mL。

重鉻酸鉀濃度/0.1000（mol+L），消耗重鉻酸鉀標準溶液mL體積7.1mL，極差0.43mL。

3.9 冷卻時間的選擇

分別稱取0.1000g的RA-8-HY04金屬化球團試樣8份進行溶樣，設定不同冷卻時間后進行滴定分析，其檢測結果：

冷卻時間2min，含量27.75%。

冷卻時間3min，含量27.65%。

冷卻時間4min，含量27.70%。

冷卻時間5min，含量27.61%。

冷卻時間6min，含量27.52%。

冷卻時間7min，含量27.31%。

冷卻時間8min，含量26.90%。

冷卻時間10min，含量27.8%。

3.10 共存物的影響

金屬鐵的存在對于測定的結果有著一定的影響。為了能夠將這一影響縮小化，我們需要將三氯化鐵溶液中的金屬鐵進行過濾去除工作。在進行消除的過程中，為了避免三氯化鐵溶液在攪拌的過程中出現氧化而導致最終測定結果偏低的現象發生，我們需要采取無氧水配制的三氯化鐵溶液，并且在整個溶液進行溶解的過程中要保持一直處于加熱的狀態，否則二價鐵氧化進入到瓶中導致出現影響結果的現象。整個溶解過程所使用的鹽酸以及其他試劑中要避免出現硝酸或其他氧化還原物質的存在，這些氧化還原物質均可影響到整個結果的準確性。

3.11 精密度實驗

稱取質量為0.2000±0.0001g金屬化球團A、B各6份，并且在對樣品進行處理的過程中，需要嚴格按照2.2章節內容進行實際的工作，在進行滴定的過程中，選取重鉻酸鉀標準溶液來將金屬化球團中的接觸鐵以及氧化亞鐵質量進行測定工作。相應結果中看出，變異系數CV滿足GB/T27404—2008中要求。

金屬化球金屬鐵精密度數據

試樣編號A：

（1）消耗標準溶液體積18.80mL，MF4/26.84%，均值26.8%，SD0.036%，CV0.14%。

（2）消耗標準溶液體積18.75mL，MF4/26.77%，均值26.8%，SD0.036%，CV0.14%。

試樣編號B：

（1）消耗標準溶液體積30.15mL，MF4/43.04%，均值42.96%，SD0.074%，CV0.17%。

（2）消耗標準溶液體積30.10mL，MF4/42.97%，均值42.96%，SD0.074%，CV0.17%。

（3）消耗標準溶液體積30.05mL，MF4/42.90%，均值42.96%，SD0.074%，CV0.17%。

（4）消耗標準溶液體積30.16mL，MF4/43.06%，均值42.96%，SD0.074%，CV0.17%。

（5）消耗標準溶液體積30.05mL，MF4/42.90%，均值42.96%，SD0.074%，CV0.17%。

金屬化球中氧化亞鐵精密度分析數據。

試樣編號A：

（1）消耗標準溶液體積17.55mL，MF4/33.10%，均值33.29%，SD0.18%，CV0.54%。

（2）消耗標準溶液體積17.70mL，MF4/33.39%，均值33.29%，SD0.18%，CV0.54%。

（3）消耗標準溶液體積17.60mL，MF4/33.20%，均值33.29%，SD0.18%，CV0.54%。

（4）消耗標準溶液體積17.75mL，MF4/33.48%，均值33.29%，SD0.18%，CV0.54%。

試樣編號B：

（1）消耗標準溶液體積9.00mL，MF4/16.98%，均值17.07%，SD0.15%，CV0.85%。

（2）消耗標準溶液體積9.10mL，MF4/17.16%，均值17.07%，SD0.15%，CV0.85%。

（3）消耗標準溶液體積9.15mL，MF4/17.26%，均值17.07%，SD0.15%，CV0.85%。

（4）消耗標準溶液體積9.10mL，MF4/17.16%，均值17.07%，SD0.15%，CV0.85%。

（5）消耗標準溶液體積9.00mL，MF4/16.98%，均值17.07%，SD0.15%，CV0.85%。

（6）消耗標準溶液體積8.95mL，MF4/16.88%，均值17.07%，SD0.15%，CV0.85%。

3.12 回收率實驗

在金屬化球團中加入高純鐵粉的情況下，要保證高純鐵粉的質量分數大于99.99%，并且粒度要達到0.15mm的情況下方可進行混合使用。整個測定過程要嚴格按照相關方法進行。最終所測得的金屬鐵回收率

樣品MFe含量26.8%，加人高純鐵粉相當于樣品MFe含量20倍，消耗標準溶液體積/32.85mL，測得加入高純鐵粉樣品MFe含量46.91/%，后回收率/100.6%。

樣品MFe含量26.8%，加人高純鐵粉相當于樣品MFe含量30倍，消耗標準溶液體積/39.80mL，測得加入高純鐵粉樣品MFe含量56.83/%，后回收率/100.0%。

樣品MFe含量26.8%，加人高純鐵粉相當于樣品MFe含量40倍，消耗標準溶液體積/46.75mL，測得加入高純鐵粉樣品MFe含量66.75/%，后回收率/99.9%。

4 結語

在人們的保護環境意識越來越深入人心的前提下，傳統的燒結礦方式已經被完全的替代化。近幾年來，新煉鐵工藝中最受關注歡迎的就是轉底爐煤基，這種工藝也是站在礦粉以及煤粉混合使用的碳球團進行高溫的快速還原工作，在金屬化球的金屬化率大于85%的前提下，則表明金屬化球團已達到直接還原鐵的效果，之后我們便可以將直接還原鐵就可以替代掉一部分的煤球礦以及燒結礦，這對于降低高爐焦比以及能耗有著十分重要的作用。只有充分的控制好相應的金屬化率，才能夠更好的保障直接還原鐵的質量達標。本文在查看金屬化球中金屬鐵以及氧化亞鐵含量的過程中，使用了三氯化鐵分解重鉻酸鉀滴定法來進行相關的測定工作，并且從三氯化鐵重鉻酸鉀標準溶液的濃度、試樣預處理等方面進行了相關的測定工作，得出怎樣的標準更有利于保證結果的穩定性。最后我們便可以得出，選取樣品的粒徑要小于0.125mm，重量達到0.1g，在進行長達40min的攪拌之后，選取40ml的濃度為100g/L氯化鐵溶液，通過使用三氯化鐵溶液分離以及重鉻酸鉀滴定方式來查看技術化球團中的金屬鐵以及氧化亞鐵的含量。目前這種方法具有著快速、有效的優點，也是在測定金屬化球中金屬鐵以及氧化亞鐵存在質量最為廣泛的一種方式。