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铬矿石和铬精矿中铬含量的测定

关键词:检测


一、应用领域

铬矿石和铬精矿是铬元素的重要来源,广泛应用于冶金、化工、耐火材料等行业,其铬含量的准确测定对矿石品质评价、冶炼工艺控制、贸易结算及资源综合利用至关重要。

本方法符合《ISO/WD 6331铬矿石和精矿 铬含量的测定 滴定法》和《GB/T 24230 铬矿石和铬精矿 铬含量的测定 滴定法》标准中规定要求。

 

二、方法原理

铬矿石和铬精矿中铬含量的测定基于氧化还原滴定原理,通过将样品中的铬转化为可滴定的离子形态,利用电位变化准确判断反应终点,主要步骤如下:

样品分解:样品经强碱熔剂(如过氧化钠)高温熔融,将难溶铬矿物中的铬氧化为可溶的六价铬酸盐。

酸化处理:熔融物用水浸取后酸化(通常用硫酸),六价铬转化为重铬酸根。

滴定反应:在酸性介质中,用标准硫酸亚铁铵溶液滴定重铬酸根

Cr2O72- + 6Fe2++ 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

终点判断:雷磁滴定仪自动检测电位突跃,确定终点。

 

三、实验仪器及推荐配置

雷磁ZDJ-5D型自动电位滴定仪和ZDJ-5B型自动电位滴定仪

电极配置1:雷磁982241铂复合电极

电极配置2:雷磁982245铂复合电极

 

四、滴定类型和方法

滴定类型:氧化还原滴定

铬钒总量滴定方法:设置如下

滴定模式

动态滴定模式

终点设置

终点个数

1

滴定速度

慢速

平衡电位

3mV

平衡时间

3s

最大等待时间

10s

终点突跃类型

自定义

终点突跃值

200mV/mL

添加控制

预加体积

根据实际需求灵活设置

最小添加体积

0.02mL

最大添加体积

50mL

搅拌器设置

搅拌类型

下搅拌

搅拌速度

35rpm

滴定前搅拌时间

30s

钒总量、空白滴定方法:设置如下

滴定模式

等量滴定模式

终点设置

终点个数

1

滴定速度

慢速

平衡电位

3mV

平衡时间

3s

最大等待时间

10s

终点突跃类型

小

终点突跃值

50mV/mL

添加控制

预加体积

0.00mL

每次添加体积

0.01mL

最大添加体积

10mL

搅拌器设置

搅拌类型

下搅拌

搅拌速度

35rpm

滴定前搅拌时间

30s

 

五、实验试剂

过氧化钠

粉末或颗粒状,市售。

硫酸

浓硫酸1.84g/mL。

1.70g/mL正磷酸

85%浓磷酸,市售。

尿素

市售。

1+1硫酸

1份硫酸+1份水。

1+4硫酸

1份硫酸+4份水。

100g/L硫酸锰溶液

溶解100g七水合硫酸锰于1升水中。

1g/L硫酸锰溶液

取10mL 100g/L硫酸锰溶液,稀释至1L。

10g/L硝酸银溶液

将10g硝酸银溶于1L水中,为了保证硝酸银的稳定性,每一升溶液中加入0.5ml硝酸。将溶液保存在棕色瓶中。

250g/L过硫酸铵

将250g过硫酸铵溶于1L水中,使用前立即准备溶液。

50g/L氯化钠溶液

将50g氯化钠溶于1升水中。

10g/L亚硝酸钾

10g亚硝酸钾溶于1L水中。

0.1mol/L高锰酸钾溶液(1/5 KMnO4)

将16g高锰酸钾溶解在1000mL水中,转移至5L棕色瓶中,加入4L水,混合并静置7-10天,过滤至溶液瓶中。

0.1mol/L硫酸亚铁铵溶液

取39.5g六水合硫酸亚铁铵溶于200mL 1+4硫酸溶液,过滤定容到1000mL容量瓶中。

 

六、样品分析及结果计算

  1. 准确称取一定的样品于20mL刚玉坩埚中,加入(3-4)g过氧化钠,轻轻旋转坩埚,使试样与过氧化钠混匀,然后用过氧化钠(1-2)g,覆盖坩埚试样一层。将刚玉坩埚放入带盖的50mL瓷坩埚中。在(400-500)℃下缓慢加热,然后在(800-850)℃下加热,并保持温度恒定,直至熔融物稳定(5-7分钟)
  2. 待坩埚冷却后,将刚玉坩埚放入500mL烧杯中。在烧杯中加入少量玻璃珠。如果熔融物颗粒粘到坩埚盖上,加入7-8滴1+1硫酸,溶解熔融颗粒,将溶液合并到烧杯中。用(100-150)mL的热水淋洗。加入1+1硫酸溶液直至氢氧化物沉淀溶解,用水稀释至(200-250)mL。加入20mL 1+1硫酸和5ml磷酸。在烧杯上盖上表面皿,煮沸(20-25)分钟以分解双氧水。取出坩埚,用温水清洗坩埚,并将洗液并入溶液中
  3. 向溶液中加入10mL 1g/L硝酸银溶液和1mL 1g/L硫酸锰。加入25mL 250g/L过硫酸铵溶液,加热至铬完全氧化呈现深红色。将溶液煮沸(12-15)分钟以分解过硫酸铵。再加入10mL 50g/L氯化钠溶液,并再次煮沸(8-10)分钟,直到高锰酸分解,氯化银沉淀凝结。最后加入5mL 1g/L的硫酸锰,并煮沸3分钟
  4. 如果粉红色持续,继续进行上述将溶液煮沸(12-15)分钟后的步骤。
  5. 将溶液冷却至室温
  6. 插入电极,用0.1mol/L硫酸亚铁铵溶液进行氧化还原滴定样品溶液,使用动态滴定方法,得到滴定终点,此终点为铬和钒的总量。
  7. 向样品溶液中逐滴加入0.1mol/L 高锰酸钾,直至出现粉红色。静置2分钟,保持粉红色不褪色,以氧化被还原的钒。再逐滴加入亚硝酸钾溶液,还原过量的高锰酸钾,直至粉色退去。立即加入(1-1.5)g尿素以分解过量亚硝酸钾。继续用0.1mol/L的硫酸亚铁铵滴定溶液中的钒,直到仪器出现滴定终点,铬钒总量体积与钒终点体积之差为铬含量对于体积。
  8. 以同样方法进行空白实验
  9. 结果计算

V1——用于滴定铬钒总量的硫酸亚铁铵溶液的体积ml;

V2——用于滴定钒的硫酸亚铁铵溶液体积ml;

V3——空白试验中滴定铬钒总量的硫酸亚铁铵溶液体积ml;

V4——空白试验中滴定钒的硫酸亚铁铵溶液体积ml。

m——测试试样的质量g;

K——干燥试验样品的换算系数1.00

T2——硫酸亚铁铵滴定度g/mL

 

七、滴定结果

测量结果

样品名称

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

Cr-01号铬矿石

 

0.2375

5.4606

0.0718

0.0530

0.0579

3.905%

0.2348

5.2542

0.0718

0.0236

0.0579

3.820%

0.2301

5.1323

0.0718

0.0248

0.0579

3.806%

平均值

3.843%

重复性

1.389%

Cr-02号铬矿石

 

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

0.2328

16.1970

0.0327

0.0259

0.0065

11.917%

0.2305

15.9565

0.0327

0.0276

0.0065

11.855%

0.2388

16.5972

0.0327

0.0262

0.0065

11.905%

平均值

11.893%

重复性

0.275%

Cr-03号铬矿石

 

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

0.2462

26.5825

0.0118

0.0455

0.0055

18.999%

0.2483

26.9439

0.0118

0.0449

0.0055

19.095%

0.2446

26.4845

0.0118

0.0441

0.0055

19.053%

平均值

19.049%

重复性

0.254%

 

 

Cr-04号铬矿石

 

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

0.2101

28.4510

0.0118

0.0284

0.0055

23.461%

0.2045

28.0137

0.0118

0.023

0.0055

23.737%

0.2131

28.8553

0.0118

0.0259

0.0055

23.462%

平均值

23.553%

重复性

0.676%

Cr-05号铬矿石

 

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

0.2491

39.9589

0.0117

0.1016

0.0161

27.606%

0.2470

39.6274

0.0117

0.0925

0.0161

27.616%

0.2460

39.4509

0.0117

0.0945

0.0161

27.603%

平均值

27.608%

重复性

0.024%

Cr-06号铬矿石

 

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

0.2374

39.6708

0.0164

0.1150

0.0154

28.663%

0.2469

41.2784

0.0164

0.1285

0.0154

28.671%

0.2376

39.8106

0.0164

0.1218

0.0154

28.736%

平均值

28.690%

重复性

0.138%

Cr-07号铬矿石

 

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

0.1913

36.3933

0.0148

0.0258

0.0063

31.992%

0.1966

37.2932

0.0148

0.0248

0.0063

31.901%

0.1958

37.1835

0.0148

0.0252

0.0063

31.936%

平均值

31.943%

重复性

0.144%

Cr-08号铬矿石

 

取样量g

铬钒终点mL

铬钒空白mL

钒终点mL

钒空白mL

含量

0.1933

45.4744

0.0056

0.0278

0.0079

39.907%

0.1940

45.7438

0.0056

0.0323

0.0079

39.995%

0.1983

46.79

0.0056

0.0332

0.0079

40.022%

平均值

39.975%

重复性

0.151%

 

滴定曲线

钒铬总量滴定曲线

钒铬总量空白滴定曲线

 

钒含量滴定曲线

 

钒含量空白测定

八、注意事项

  • 铬钒总量滴定时,若铬含量未知无法预加滴定剂,将大幅延长滴定时间,可通过选择快速滴定速度,增大单次最小添加体积加快滴定
  • 熔融操作(过氧化钠)和酸化过程(强酸)必须在通风橱内进行,佩戴防护眼镜、手套和实验服
  • 过氧化钠具强氧化性、腐蚀性,遇水剧烈反应,避免接触有机物以防爆炸
  • 熔融温度和时间要足够,确保铬矿物完全分解和氧化,熔融物应呈均匀流体状
  • 含铬废液属于危险废物,严禁直接倒入下水道!应收集于专用容器,交由有资质的单位处理

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