铁矿石中铝含量的测定 EDTA滴定法 报告Word格式文档下载.docx

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2.7测定4

2.7.1试料的分解4

2.7.2分离干扰元素5

2.7.3滴定6

2.8结果计算7

2.8.1铝含量的计算7

2.8.2分析结果的一般处理7

2.8.3氧化物系数7

三、实验步骤分析7

3.1试料的分解7

3.2分离干扰元素8

3.2.1氨水分离8

3.2.2铜铁试剂萃取分离8

3.2.3.强碱分离9

3.3滴定9

四、对该标准的思考10

一、序言

在本次国家标准的分析中，我选择了铁矿石中铝含量的测定（EDTA滴定法），国标号为GB/T6730.11-2007。

此标准可用于检测铁矿石中的铝含量。

除此方法之外还有火焰原子吸收光谱法也可用于铁矿石中铝含量的测定，这里不做赘述。

欲测定铁矿石中的铝元素含量，最重要的是将干扰元素分离。

在铁矿石中，对铝含量测定可能产生干扰的元素有铁、钛、锰、硅以及稀土元素等。

因此，在国家标准中先用强酸将试样溶解，采用氨水、有机溶剂、强碱等将干扰元素进行分离，最后进行滴定。

如若不进行所有的分离步骤，最终的测定结果会出现1%左右的误差，影响准确性。

从分离步骤可见国家标准的严谨性。

本文将详细阐述国家标准测定铁矿石中铝含量的方法，并对相应步骤做出解释。

二、国家标准介绍

2.1适用范围

适用于天然铁矿石、铁精矿、烧结矿和球团矿中铝含量的测定；

测定范围（质量分数）为0.25%~5.0%。

2.2实验原理

试样用盐酸、硝酸、高氯酸分解，过滤。

残渣用氢氟酸蒸发除去硅后，用焦硫酸钾熔融，盐酸提取，与滤液合并。

然后用氨水沉淀铁铝氧化物。

将铝、铁、钛等与其他元素分离，用盐酸溶解氢氧化物，再用铜铁试剂和三氯甲烷萃取铁钛等元素，铝保留在水相。

水相经硝酸和高氯酸处理并蒸干，用盐酸溶解，加水稀释。

在溶液中加入过量的EDTA络合铝，再以二甲酚橙作指示剂用锌标准滴定溶液回滴过量的EDTA。

然后用氟化钠置换同铝络合的EDTA，再用锌标准滴定溶液滴定置换出来的EDTA。

2.3试剂

试剂名称

浓度

焦硫酸钾

三氯甲烷

盐酸

19g/mL,1+1，5+95

氢氧化钠溶液

200g/L，500g/L

硝酸

42g/mL

EDTA溶液

0.04mol/L

高氯酸

67g/mL

氟化钠溶液

40g/L

氢氟酸

15g/mL

甲基橙指示剂

1g/L

硫酸

1+1

二甲酚橙指示剂

氨水

醋酸盐缓冲溶液

氯化铵溶液

10g/L

锌标准滴定溶液

0.02mol/L或0.01mol/L

铜铁试剂溶液

60g/L

2.4仪器

仪器名称

规格

铂坩埚

25mL~50mL

聚四氟乙烯烧杯

200mL

分液漏斗

250mL

高温炉

其他实验常用仪器

2.5取样制样

分析用实验室样品应按GB/T10322.1进行取样和制备，粒度应小于100；

矿石中化合水或易氧化物含量高时，粒度应小于160。

将实验室样品充分混合，采用份样缩分法取样。

按照GB/T6730.1中的规定将试样在105℃2℃的温度下进行干燥。

2.6分析步骤

2.6.1测定次数

对同一预干燥试样，至少独立测定两次。

2.6.2试样量

铝含量范围0.25%~2.0%，称取0.3g预干燥试样；

铝含量范围2.0%~5.0%，称取0.2g预干燥试样，精确至0.0001g。

2.6.3空白试验和验证试验

随同试料做空白试验；

随同试料分析同类型标准样品做验证试验。

2.7测定

2.7.1试料的分解

将试料置于300mL玻璃烧瓶中，加入20mL盐酸，盖上玻璃表皿（如果试样含氟超过2mg，改用200mL聚四氟乙烯烧杯，溶样时不加玻璃表皿），低温加热分解约300min，取下稍冷，加10mL硝酸和3mL高氯酸，继续加热至冒高氯酸白烟蒸干。

加20mL盐酸加热溶解，加热水20mL，搅拌，用慢速滤纸过滤。

将烧杯中所有残渣转移到滤纸上，用盐酸洗涤烧杯和滤纸4次，再用热水洗涤2次。

滤液和洗涤液保存。

残渣于700℃铂坩埚中灰化灼烧，取下冷却。

加3~5滴硫酸，5mL氢氟酸，低温加热至冒白烟蒸干，取下。

加3g焦硫酸钾于650~700℃熔融10min，取下冷却，放入滤液中加热浸取。

洗出坩埚，将溶液加热至熔融物全部溶解。

2.7.2分离干扰元素

2.7.2.1氨水分离

将溶液用水调整至约100mL，加热煮沸，滴加氨水至pH6.5~7.0，使氢氧化物完全沉淀。

煮沸1min，立即用快速滤纸过滤，用热氯化铵溶液洗涤烧杯及滤纸7~8次。

弃去溶液。

将展开的滤纸和氢氧化物沉淀置于原烧杯内壁上，先用洗瓶中的热水冲下氢氧化物沉淀，然后用25mL热盐酸洗滤纸，再用热水洗涤滤纸至无色，并弃去滤纸。

将溶液煮沸，冷却至20℃以下，并控制在50mL左右。

2.7.2.2铜铁试剂萃取分离

将溶液转移到250mL分液漏斗并用水稀释至约75mL，加入20mL铜铁试剂，轻轻摇动，加20mL三氯甲烷，激烈震荡1min，静置分层，弃去有机相，为了除去水相表面的铜铁试剂，再加5mL三氯甲烷于分液漏斗中，弃去有机相。

如果试料含铁量小于或等于150mg，重复以上操作一次。

如果试料含铁量大于159mg，重复以上操作两次。

加入20mL三氯甲烷于分液漏斗，激烈震荡1min，静置分层，弃去有机相。

将水相放入300mL玻璃烧杯或300mL锥形瓶中，用少量水洗涤分液漏斗，并入水相。

将溶液加热蒸发约20mL，加10mL硝酸和3mL高氯酸，继续加热至冒高氯酸白烟蒸干，取下冷却。

将10mL盐酸加热分解，并蒸发至3~5mL，加水40mL，煮沸。

2.7.2.3强碱分离

如果试料含稀土元素（大于0.6mg），在加水40mL后加入20mLEDTA溶液和1滴甲基橙指示剂，滴加氢氧化钠溶液至溶液变黄色，再滴加盐酸至溶液变红色，并过量5滴，煮沸，搅拌下趁热加12mL氢氧化钠溶液，放置20min，流水冷却。

移入100mL容量瓶，稀释至刻度，摇匀；

干过滤，用移液管分取50mL滤液于300mL玻璃烧杯或300mL锥形瓶中，滴加盐酸溶液变红色，用水稀释体积至约100mL。

2.7.3滴定

将溶液加入过量的EDTA溶液和1滴甲基橙指示剂，滴加氢氧化钠溶液至溶液变黄色，再滴加盐酸溶液变红色，用水稀释至体积约100mL。

（注：

如果试料经过强碱分离，以上步骤省略，直接将溶液转入下面操作。

）

加热至沸，趁热加15mL醋酸盐缓冲溶液，微沸3min，流水冷却至室温。

加5~7滴二甲酚橙指示剂，用锌标准滴定溶液滴至红色（不记读数）。

加20mL氟化钠溶液，微沸3min，流水冷却至室温。

补加1滴二甲酚橙指示剂，用锌标准滴定溶液滴至红色，记下读数。

2.8结果计算

2.8.1铝含量的计算

按下式计算试样中铝含量。

式中：

：

锌标准溶液对铝滴定系数。

当时=0.05396，当时=0.02698（）

滴定试样消耗锌标准溶液体积（）

空白试验消耗锌标准溶液体积（）

试料量或分取试料量（）

2.8.2分析结果的一般处理

包括计算结果的重复性和允许差、分析结果的确定、实验室间精密度、分析值的验收、最终结果的计算等等。

2.8.3氧化物系数

三、实验步骤分析

3.1试料的分解

1.如果试料含氟超过2mg，改用200mL聚四氟乙烯烧杯，溶样时不加玻璃表皿：

若试料含有氟元素，在酸性环境下会有氢氟酸的生成从而溶解普通玻璃仪器中的二氧化硅成分。

2.加入硝酸和高氯酸分解试样：

硝酸与高氯酸都是强氧化性的酸，并且有较强的酸性，可以将绝大多数的金属成分溶解。

若只有硝酸，铝等成分可能会发生钝化而溶解不完全。

高氯酸冒白烟的时候说明硝酸以及高氯酸已经分解完全（硝酸的沸点低于高氯酸的沸点）。

3.选用慢速滤纸过滤：

慢速滤纸的孔隙最小，斑点不易扩散。

可能由于溶液的粘度不大等原因选用慢速滤纸。

4.残渣溶解后加入氢氟酸，加热蒸干：

除去试样残渣中的硅，使其生成四氟化硅（气体）。

5.加入3g焦硫酸钾熔融：

焦硫酸钾作为熔剂。

3.2分离干扰元素

3.2.1氨水分离

1.加入氨水至pH6.5~7.0使得氢氧化物完全沉淀：

此时沉淀的元素有铁、铝、钛等。

由于pH值不是很高，铝元素的存在形式为氢氧化铝。

2.用热氯化铵溶液洗涤：

防止滤渣中的成分过多溶解在洗涤液中。

3.2.2铜铁试剂萃取分离

1.铜铁试剂：

别名N-亚硝基苯胲铵等，溶于水和乙醇。

能与铜、铁、钛等形成不溶于水，能被三氯甲烷，乙酸乙酯等有机溶剂萃取的配合物，故可用作将铝与铁、钛等元素分离的萃取剂。

2.多次加入三氯甲烷：

进行多次萃取，使得萃取更加充分。

3.2.3.强碱分离

1.进行强碱分离的目的：

稀土元素的溶度积一般较低。

若试料中含有稀土元素，用氨水所营造的碱性环境不足以使之沉淀，故需采用强碱进行沉淀。

2.加入EDTA溶液和甲基橙指示剂，滴加氢氧化钠溶液至溶液变黄色，再滴加盐酸至溶液变红色，并过量5滴；

煮沸，搅拌下趁热加12mL氢氧化钠溶液：

这一步的原理没有搞很清楚，主要是不明白为什么要加入甲基橙。

加入过量的EDTA是为了使铝离子全部进行络合防止生成偏铝酸根。

而加入甲基橙之后，先滴加氢氧化钠使溶液显碱性，再滴加盐酸使溶液显酸性，最终pH达到3.1以下。

然后再加入过量的氢氧化钠。

关于中间为什么要先后滴加碱和酸，原理不是很清楚；

另外，加入的甲基橙变色范围是3.1-4.4，之后进行的滴定部分使用的二甲酚橙则是需要在酸性环境下进行滴定。

猜想此步加入甲基橙的操作是确保溶液的酸碱性，通过颜色辨别；

但是通过加入缓冲溶液、测量pH值也可以达到相同的效果。

故对于此步骤的原理也不是很清晰。

3.在此过程的最后一步，滴加盐酸使溶液变红色：

除去加入的过量的氢氧化钠。

3.3滴定

1.加入15mL的醋酸盐缓冲溶液：

对溶液酸度进行调节。

二甲酚橙在酸性环境下有指示剂的作用，与金属离子络合显紫红色，pH在6.5以下时显亮黄色。

2.先加入锌标准滴定溶液，再加入氟化钠，最后进行滴定：

滴定铝离子不可以用简单的返滴定，因为可能存在一些杂质离子对其产生干扰，返滴定的话测得结果是铝离子以及杂质离子的总量。

先前已加入过量的EDTA与其络合，现用锌标准溶液进行滴定除去溶液中剩余的EDTA。

加入氟化钠置换出AlY中的EDTA，这样铝元素的量与置换出来的EDTA量相等。

接下来用锌标准溶液进行滴定，根据最终消耗的锌标准溶液的量即可求得铝元素的量。

四、对该标准的思考

此标准虽严谨有效，结果准确，但在工业生产中由于步骤繁杂多有不便。

查阅文献得知，若将有机试剂萃取步骤省去（即不用铜铁试剂进行萃取），只采用氨水分离以及强碱分离两个步骤分离干扰元素，可大大缩短工作流程，另外对于结果的有效性、准确性也有相当的保证，可实现铁矿石中铝含量的快速测定。

略去有机试剂萃取的步骤之后，分离干扰元素的主要方法为：

1.进行氨水分离。

在酸溶之后的试样中加入足量的氨水，可使铝、铁、钛等元素生成氢氧化物沉淀而分离。

pH为5.5-8.0时铝可以沉淀完全，选择pH=6.5。

且氨水中和盐酸的过程中生成一定量的氯化铵，在该酸度条件之下溶液具有一定的缓冲能力，亦方便pH的调控。

2.进行强碱分离。

用氨水分离铝元素时，铁、钛以及稀土元素也会进入沉淀。

将氨水沉淀之后的滤渣用盐酸分解，用一定量的氢氧化钠使干扰元素沉淀。

如果氢氧化钠加入过少沉淀不完全，如果加入过多则会导致钛的再次溶解进入溶液。

因此应根据矿样中含钛量的多少选择氢氧化钠的加入量。

对于一般的铁矿石，采用15mL50%的氢氧化钠。

虽将部分步骤省略可达到快速处理测量的效果，但是精确度的要求难免会有相应降低。

用上述方法所得的铝元素，经验证试验得回收率约存在1%左右的误差，故若对结果精度要求不是很高可选取此种方法。