超贫磁铁矿中磁性铁的测定

2014-04-08黄瑞成曹春华魏灵巧李永光

资源环境与工程 2014年6期

黄瑞成, 曹春华, 魏灵巧, 李永光

(湖北省地质局第六地质大队,湖北孝感　432000)

0　引言

铁是世界上用量最多的一种金属,铁矿石是钢铁生产最主要的原料。近年来,随着中国钢铁产量的大幅度增长,铁矿石需求量迅猛增加,中国铁矿石的生产量远远不能满足国内钢铁工业的要求,每年必须大量进口富铁矿石,使得铁矿石进口量不断攀升,铁矿石对外依存度越来越大,这已成为中国钢铁工业经济安全的重大隐患,并严重影响中国经济社会的可持续发展[1-3]。目前,随着传统的铁矿资源越来越紧缺,一些过去没有作为铁矿资源的超贫磁铁矿被开采利用,并且取得了显著的经济效益[4]。

超贫磁铁矿是一个全新的概念,是指达不到现行铁矿地质勘查规范边界品位要求,在当前技术经济条件下可以进行开发利用的含铁岩石的统称。超贫磁铁矿是矿石品位TFe<20%,需通过选矿工艺使其人为富集成为富矿后才能利用的贫矿,属于需选矿石亚类中的一种[5-6]。超贫磁铁矿的开发利用可以拓宽传统铁矿资源的概念,对认识、开发非传统矿产资源保证国民经济发展,无论是在理论还是在实践上都有重要的意义[7]。磁性铁分析是超贫磁铁矿的基本项目之一[8],是查明矿石中主要有用组分铁的含量以及圈定矿体、进行资源/储量估算的主要依据。

目前中国尚无磁性铁分析的标准方法,常用的磁性铁测定方法是重铬酸钾容量法[9-13]。以往本室采用硫—磷混合酸分解磁性铁,结合重铬酸钾容量法滴定得到磁性铁的含量。硫—磷混合酸的分解能力较强,但是其沸点较高,需要用电炉加热到较高的温度才能将磁性铁分解。此外,具有脱水性和强氧化性的浓硫酸的腐蚀性极强,一旦接触皮肤,就会与蛋白质及脂肪发生水解反应,造成严重化学性烧伤,同时还会与碳水化合物发生高放热性去水反应并将其碳化,造成二级火焰性灼伤。磁性铁是通过物理方法分离了矿石中非磁性铁后的产物,不含有橄榄石、辉石、云母等难溶的含铁硅酸盐,分解较容易[14]。因此,本文用(1+1)盐酸替代硫磷混合酸分解磁性铁,建立应用重铬酸钾容量法测定超贫磁铁矿中磁性铁的分析方法。

1　实验部分

1.1　仪器及主要试剂

铁矿石物相分析标准物质:GBW07271、GBW07272、GBW07273、GBW07274、GBW07275、GBW07276。

重铬酸钾标准溶液(2 mg/mL):准确称取3.511 9 g在150 ℃烘干2 h的基准重铬酸钾(K2Cr2O7),加水溶解后移入2 000 mL容量瓶中。此溶液1 mL相当于2 mg铁。

钨酸钠溶液(30 g/L):称取3 g钨酸钠(Na2WO4)溶于适量水中,然后稀释至100 mL。

三氯化钛溶液(75 g/L):将50%(体积分数)HCl和三氯化钛(TiCl3)溶液等体积混合,现配现用。

硫酸铜溶液(20 g/L):将2 g 硫酸铜(CuSO4)溶于适量水中,然后稀释至100 mL。

二苯胺磺酸钠溶液(8 g/L):将0.8 g二苯胺磺酸钠(C6H5NHC6H4SO3Na)溶于适量水中,然后稀释至100 mL。

(1+1)盐酸:将浓盐酸(HCl)与去离子水等体积混合,现配现用。

硫—磷混合酸(2+3):将1 800 mL浓硝酸倒入3 000 mL烧杯中,然后缓慢加入1 200 mL浓硫酸,冷却。

除特别注明外试剂均为分析纯,水为去离子水。

1.2　实验方法

1.2.1磁性铁分离

称取0.100 0～0.500 0 g试样置于一直径为12 cm的表面皿中,加入适量水,搅匀,将永久磁铁放在25 mL的烧杯中,隔烧杯底测得磁场强度为(900±100)Oe,然后将其放在表面皿中来回缓慢移动进行磁选,将永久磁铁吸住的磁性部分用水冲洗接入250 mL锥形瓶中,经过多次磁选直至没有磁性铁为止。

1.2.2磁性铁测定

向锥形瓶中加25 mL(1+1)HCl,盖上表面皿,置于已升温至160 ℃的电热板上溶解15 min,取下冷却至室温,加入1 mL Na2WO4溶液,快速滴加TiCl3溶液至溶液刚好变为蓝色,滴加1滴CuSO4溶液,加水至100 mL左右,振摇锥形瓶至蓝色褪去,加入2滴二苯胺磺酸钠溶液,用K2Cr2O7标准溶液滴定至紫色出现为终点。

向锥形瓶中加15 mL硫—磷混合酸,置于电炉上加热至硫酸烟冒离液面,取下冷却至室温,剩余操作同上。

2　结果讨论

2.1　磁性铁分解条件的优化

2.1.1溶解温度选择

(1+1)HCl溶解磁性铁时,适当加热有利于反应的进行,但温度不宜过高,温度过高会使溶液沸腾,导致三氯化铁挥散以及耗酸量增大。根据实际情况,本实验选择电热板的温度为160 ℃。

2.1.2溶解时间选择

按照实验方法,在5～25 min的范围内考查了溶解时间对铁矿石物相分析标准物质GBW07271、GBW07272和GBW07275中磁性铁测定结果的影响,结果如图1所示。从图中可以看出,随着溶解时间的延长,三个铁矿石物相分析标准物质中磁性铁含量的测定值先增大然后趋于稳定。当溶解时间为15 min时,三个铁矿石物相分析标准物质中磁性铁含量的测定值与标准值的相对误差为3.20%(GBW07271)、1.26%(GBW07272)和2.70%(GBW07275),小于相应的相对误差允许限4.36%(GBW07271)、1.67%(GBW07272)和3.23%(GBW07275),符合《DZ/T 0130.1—2006 地质矿产实验室测试质量管理规范》(以下简称“规范”)的要求。因此,本实验选择溶矿时间为15 min。

图1　溶解时间对(1+1)盐酸分解磁性铁的影响 Fig.1　Effect of dissolution time on the decomposition of of magnetic iron in (1+1) hydrochloric acid

2.1.3方法准确度

在已优化的实验条件下,对铁矿石物相分析标准物质GBW07273、GBW07274和GBW07276中的磁性铁进行分析,计算相对误差(RE),结果见表1。从表中可以看出,三个铁矿石物相分析标准物质中磁性铁含量的测定值与标准值基本一致,其相对误差在0.43%～3.00%之间,小于对应的相对误差允许限,符合规范要求,表明建立的方法具有良好的准确度。

表1　方法准确度Table 1　Accuracy of the method　单位：%

2.2　实际样品分析

表2　实际样品分析Table 2　Analytical results of magnetic iron in actual samples　单位：%

表3　本方法与硫—磷混合酸分解的结果对比Table 3　Comparison of digestion results between hydrochloric acidand sulfuric acid-phosphoric acid mixture

按照优化后的实验方法,对全国某矿区的3个超贫磁铁矿样品中的磁性铁进行分析,并将分析结果与硫—磷混合酸分解/重铬酸钾容量法的分析结果进行对比,详细结果分别列于表2和表3。从表2和表3可以看出,超贫磁铁矿样品中磁性铁重复分析结果的相对偏差在0.84%～1.12%之间,小于对应的相对偏差允许限,符合规范要求;而且与硫—磷混合酸分解/重铬酸钾容量法相比,测定结果基本一致。说明该方法可以满足实际样品的分析要求。

3　结语

本文选择(1+1)HCl溶解磁性铁,应用重铬酸钾容量法测定超贫磁铁矿中磁性铁的含量。与硫—磷混合酸分解/重铬酸钾容量法相比,不仅避免了强腐蚀性酸(浓硫酸)的引入,而且在一定程度上减少了试剂用量,降低了能耗。方法的准确度、精密度及分析结果的比对验证均比较理想,可以替代硫—磷混合酸分解/重铬酸钾容量法用于大批量超贫磁铁矿中磁性铁的快速分析。

参考文献：

[1]谢承祥,张晓华,王少波,等.承德市超贫(钒钛)磁铁矿特征[J].矿床地质,2006,25(增刊):487-490.

[2]张泾生.我国铁矿资源开发利用现状及发展趋势[J].中国冶金,2007,17(1):1-6.

[3]孙炳泉.超贫铁矿资源化利用技术现状及发展趋势[J].金属矿山,2009(1):9-11,84.

[4]李厚民,王瑞江,肖克炎,等.中国超贫磁铁矿资源的特征、利用现状及勘查开发建议：以河北和辽宁的超贫磁铁矿资源为例[J].地质通报,2009,28(1):85-90.

[5]王世军.承德超贫磁铁矿的开发与评价[J].资源·产业,2004,6(5):14-16.

[6]祁向雷.超贫磁铁矿勘查技术规程(暂行)[M].北京:地质出版社,2005.

[7]李中念,张振芳,严国栋.河北省超贫磁铁矿资源与开发利用分析[J].河北冶金,2006(3):1-4.

[8]班俊生,任金鑫,刘桂珍,等.磁铁矿中磁性物成分的测定及可选性评价[J].岩矿测试,2013,32(3):469-473.

[9]朱焱生,吕继洋,刘红光.含铁矿物中磁性铁的分析[J].中国矿业,2000(S2):237-239.

[10]曾波,段清国,张玉滨,等.铁矿石中磁性铁的测定方法研究[J].冶金分析,2005,25(3):58-60.

[11]岩石矿物分析编委会.岩石矿物分析[M].北京:地质出版社,2011:738-740.