在巖石礦物分析中，元素及其化合物的掩蔽、分離和測定是基於它們的分析化學性質。因此，討論和研究它們的分析化學性質是極其必要的。本任務闡述了鐵的化學性質、鐵礦石的分解方法以及鐵分析方法的選擇。通過本課題的學習，可以了解鐵的化學性質，根據礦石的特性、分析項目的要求和幹擾元素的分離選擇合適的分解方法，學會根據被測樣品中的鐵含量和對分析結果準確性的不同要求選擇合適的分析方法，正確填寫樣品流程表。
任務分析
首先，鐵在自然界中的存在
鐵在自然界（地殼）中分布廣泛，也是最常用的金屬，約占地殼質量的5.1%，在元素分布序列中排名第四，僅次於氧、矽和鋁。它最大的用途是煉鋼；它也被廣泛用於制造鑄鐵和熟鐵。鐵及其化合物也被用作磁鐵、染料（墨水、藍印花布、胭脂顏料）和研磨劑（紅鐵粉）。然而，由於鐵容易與其他元素結合形成各種鐵礦物（化合物），地殼中幾乎沒有天然純鐵。鐵礦石是指壹種可以在現代技術條件下冶煉的經濟型鐵礦。
鐵礦石至少可以分為:赤鐵礦，主要有效成分Fe2O3；褐鐵礦，主要有效成分mFe2O3 nH2O；磁鐵礦，主要有效成分Fe3O4；菱鐵礦，主要有效成分feco 3（fe2s 3）；純鐵礦石，主要有效成分是元素鐵；以及上述礦床或伴生礦物與其他黑色金屬的混合礦物。鐵精礦的含鐵量（品位）直接決定鐵的產量，因此在生產中特別註意鐵礦石含量。鐵精礦中鐵含量的主要測定方法是EDTA配位滴定法和重鉻酸鉀容量法。目前，國內外主要采用重鉻酸鉀容量法測定鐵礦石中全鐵含量。
二、鐵的分析化學性質
（A）鐵的化學性質的簡要說明
鐵的原子序數為26，相對原子質量為55.847，密度為7.9g/cm3。鐵有多種同素異形體，如α-鐵、β-鐵、γ-鐵和σ-鐵。鐵是壹種相對活躍的金屬，在金屬活性序列表中排在氫之前。常溫下，鐵不易與幹燥空氣中的氧、硫、氯等非金屬元素反應，但在高溫下反應劇烈。鐵在氧氣中燃燒生成Fe3O4，熱鐵與水蒸氣反應生成Fe3O4。鐵易溶於稀無機酸和濃鹽酸中形成二價鐵鹽並釋放出氫氣。當它在室溫下遇到濃硫酸或濃硝酸時，會在表面形成壹層氧化物保護膜，使鐵“鈍化”，因此鐵制品可以用來盛放濃硫酸或濃硝酸。鐵是壹種變價元素，它常見的價態是+2和+3。當鐵與鹽酸和稀硫酸反應時，它失去兩個電子，變成+2價。與Cl2、Br2、硝酸和熱濃硫酸反應，它被氧化成Fe3++。鐵與氧氣或水蒸氣反應生成的Fe3O4可視為FeO Fe2O3，其中Fe的1/3為+2，另2/3為+3。鐵的三價化合物相對穩定。有兩種主要類型的鐵化合物:亞鐵（II）和三價鐵（III）化合物。亞鐵化合物包括氧化亞鐵（FeO）、氯化亞鐵（FeCl2）、硫酸亞鐵（FeSO4）、氫氧化亞鐵【Fe（OH）2】等。亞鐵化合物包括氧化鐵（Fe2O3）、氯化鐵（FeCl3）、硫酸鐵【Fe2（SO4）3】、氫氧化鐵【Fe（OH）3】等。
Fe2 ++呈淺綠色，在堿性溶液中易被氧化成fe3++。隨著水解度的增加，Fe3+的顏色由黃色變為棕色。純fe3++是淡紫色的。Fe2 ++和Fe3 ++都容易與無機或有機配體形成穩定的配位化合物。
②二價鐵的氧化還原特性
亞鐵在堿性溶液中易被氧化，空氣中的氧氣可將其氧化成Fe3 ++；
4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3
同時，少量的亞鐵可以歧化成Fe3 ++和Fe0。亞鐵鹽在中性溶液中被空氣中的氧氣氧化時，其速度比在酸性溶液中快得多，在醇溶液中的氧化速度比在水溶液中快。在反應過程中，pH值、溫度和鹽都會影響反應。作為反應的結果，經常形成堿性鹽:
4Fe2++O2+2Cl-→2FeOCl+2Fe3+
亞鐵在酸性溶液中比在堿性或中性溶液中穩定得多。氫離子濃度越大，氧化反應越困難。因此，為了將酸性溶液中的亞鐵氧化成Fe3+，必須使用相當強的氧化劑。許多含氧鹽，如高錳酸鹽、重鉻酸鹽、釩酸鹽、氯酸鹽、高氯酸鹽等。，能在酸性環境下將氧化亞鐵氧化成氧化鐵。其中，高錳酸鹽、重鉻酸鹽等。可配制成標準溶液直接滴定亞鐵。
三價鐵的氧化還原特性
三價鐵是鐵最穩定的狀態。在酸性溶液中，三價鐵是壹種溫和的氧化劑，通常只有強還原劑才能將其還原。這些還原劑包括硫化氫、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、氯化亞錫、碘化鉀、鈦鹽、亞汞鹽、金屬鋅或鋁，以及壹些有機還原劑如鹽酸羥胺、抗壞血酸和硫脲。其中，硫酸鈦和硝酸亞汞可用於直接滴定三價鐵，氯化亞錫在鐵容量法中的應用也廣為人知。
④鐵的配位特性
1.鐵的無機絡合物
三價鐵和二價鐵的硫酸鹽能與硫酸鹽或硫酸銨形成復鹽。最重要的壹種是（NH4）2so 4·feso 4·6H2O。該復鹽中亞鐵的穩定性好，可用於配制分析用亞鐵標準溶液。在三價鐵的復鹽中，釩鐵銨（NH4Fe（SO4）2.12H2O）也經常用於制備三價鐵的標準溶液。
鐵離子和亞鐵離子可以分別與氟離子和氯離子形成不同配位數的各種配合物。在分析中，Fe3+常被形成的【Fe F6】3-絡合離子所掩蔽，在鹽酸溶液中Fe3+與Cl-形成的絡合離子呈黃色，可用來粗略判斷溶液中Fe3+的存在。
鐵離子與硫氰酸根離子形成深紅色絡合物。該反應可用於Fe3+的定性分析和比色測定。
在過量磷酸根離子存在下，鐵離子可形成穩定的無色配位離子，在分析中可用於掩蔽fe3++。此外，在用磷酸分解鐵礦石的過程中，還利用了三價鐵與磷酸根離子形成穩定絡合物的反應。
2.鐵的有機配合物
EDTA與三價鐵之間的配位反應應用廣泛。二價鐵的EDTA絡合物不如三價鐵穩定，因此在分析中主要利用三價鐵與EDTA的配位反應來掩蔽Fe3+（或用容量法測定）。
鄰菲羅啉與亞鐵離子形成壹種相對穩定的高靈敏度紅色絡合物，可用於亞鐵離子的分光光度測定。
許多其他絡合劑，如銅試劑、三乙醇胺、檸檬酸鹽和酒石酸鹽，與三價鐵離子反應形成絡合物，用於分離和掩蔽。
三、鐵礦石的分解方法
鐵礦石通常通過酸分解和堿性熔劑熔融來分解。在酸分解過程中，通常使用以下方法:
（1）鹽酸分解:鐵礦石壹般可以用鹽酸加熱分解，而含鐵矽酸鹽不溶於鹽酸。可加入少量氫氟酸或氟化銨使樣品完全分解。磁鐵礦溶解緩慢，因此可以加入幾滴氯化亞錫溶液以加快分解速度。
（2）硫酸-氫氟酸分解:在鉑坩堝或塑料坩堝中，加入1: 1滴硫酸和4-5ml氫氟酸，低溫加熱，三氧化硫冒白煙後用鹽酸萃取。
（3）磷酸或硫磷混酸的分解:溶解礦石時，需要加熱至水完全蒸發並出現三氧化硫白煙，然後加熱數分鐘。但需要註意的是，加熱時間不宜過長，以免形成焦磷酸鹽。
目前，常用堿性熔劑熔化和分解樣品。常用的熔劑包括碳酸鈉、過氧化鈉、氫氧化鈉和氫氧化鉀，它們在銀坩堝、鎳坩堝或高鋁坩堝中熔化。碳酸鈉直接在鉑坩堝中熔化，但很少使用，因為鐵礦石中的大量鐵會損壞坩堝，鉑的存在會影響鐵的測定。
在實際應用中，應根據礦石的特性、分析項目的要求和幹擾元素的分離情況選擇合適的分解方法。對於含有硫化物和有機物的鐵礦石，樣品應預先在550 ~ 600℃下灼燒除去硫和有機物，然後用鹽酸分解，並加入少量硝酸使樣品完全分解。
四、鐵的分析方法
①重鉻酸鉀容量法
（1）無汞重鉻酸鉀容量法:用硫酸和磷酸的混合酸溶解樣品，通過加入鹽酸在熱沸騰狀態下用氯化亞錫還原大部分三價鐵。在冷溶液中，以鎢酸鈉為指示劑，滴加三氯化鈦以減少剩余的三價鐵，過量的三氯化鈦略過量。在二氧化碳氣體保護下，用重鉻酸鉀氧化過量的三氯化鈦，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用重鉻酸鉀標準溶液滴定至終點。根據消耗的重鉻酸鉀標準溶液的體積計算樣品中總鐵的百分比。
（2）重鉻酸鉀汞容量法:在酸性溶液中，用氯化亞錫將三價鐵還原為二價鐵，加入氯化汞除去過量的氯化亞錫，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，將重鉻酸鉀標準溶液滴定至紫色。反應方程式:
巖石礦物分析
巖石礦物分析
巖石礦物分析
當使用經典的重鉻酸鉀法測定鐵時，使用氯化亞錫將溶液中的Fe3+還原為Fe2++。然後用氯化汞去除多余的氯化亞錫，而汞鹽會造成汙染，因此我國從20世紀60年代開始發展了“無汞鹽測鐵法”。
EDTA配位滴定
鐵礦石用濃鹽酸溶解，低溫加熱至完全溶解，然後冷卻，加水將溶液稀釋至壹定濃度，然後加入硝酸和氨水將溶液的pH值調節至1.8 ~ 2。以磺基水楊酸為指示劑，用EDTA標準溶液滴定，終點由紫色變為亮黃色。
該方法測定鐵礦石中全鐵的準確度和精密度與經典方法壹致。該方法避免了加入氯化汞溶液造成的環境汙染和對人體健康的危害，且操作比經典方法簡單，完全可以采用。
（3）鄰菲羅啉比色法
以鹽酸羥胺為還原劑，將三價鐵還原為二價鐵。在pH = 2 ~ 9範圍內，亞鐵與鄰菲羅啉反應生成橙紅色絡合物【Fe（Cl 2H 8N 2）3】2+，用於比色測定。反應如下:
4 FeCl 3+2NH2OH HCl→4 FeCl 2+N2O+6h cl+H2O
Fe2 ++ 3c L2 h8 n 2→【Fe（cl2h8 n 2）3】2+（橙紅色）
這種反應對Fe2+非常敏感，形成的顏色至少可以保持15天不變。當溶液中有大量的鈣和磷時，反應酸度應較大，以防止磷酸氫鈣·H2O沈澱的形成。當顯色液中鐵含量為0.1 ~ 6 mg/ml，波長為530 nm時，符合比爾定律。
⑷原子吸收光譜法
鐵空心陰極燈發射的鐵特征線輻射通過含鐵樣品產生的原子蒸氣時，被蒸氣中鐵的基態原子吸收，樣品中鐵的含量由輻射特征線光減弱的程度決定。鐵的最靈敏吸收線波長為248.3nm，測定下限可達0.01mg/mL（Fe），最佳濃度範圍為2 ~ 20mg/mL（Fe）。
⑤X射線熒光分析法
x射線熒光光譜法具有分析速度快、樣品處理相對簡單、偶然誤差小、分析精度高等特點，已廣泛應用於各種原料的分析，並逐步應用於鐵礦石的分析。然而，由於鐵礦石成分非常復雜，主要成分含量高，且變化範圍大，使得基質變化較大，對X射線熒光分析產生不利影響，因此通常的片劑法分析鐵礦石的準確度不如化學法高。用玻璃熔塊法熔化和稀釋樣品可以有效地消除熒光分析中的基體效應，提高熒光分析的準確性。
X射線熒光分析的優點之壹是每種元素的特征譜線數量少。Kα線通常用於測定鐵，其波長為1.93？(1?= 0.1納米）。
五、鐵礦石分析任務和分析方法的選擇
基於被測樣品中鐵含量的不同以及對分析結果準確性的不同要求，可以使用的測定方法有很多。目前，巖礦樣品中高鐵含量的測定主要采用容量分析法。其中，重鉻酸鉀容量法應用最為廣泛。此外，還有基於氧化還原反應的高錳酸鉀法、鈰含量法、碘量法、硝酸亞汞法和鈦含量法。基於配位反應的容量法常采用EDTA法。磺基水楊酸分光光度法、鄰菲羅啉分光光度法和原子吸收分光光度法是測定樣品中低含量鐵的常用方法。x射線熒光分析也被用於測定巖石和礦物樣品中的鐵。
氯化亞錫還原-重鉻酸鉀容量法具有穩定、準確、簡單、快速等優點。但由於使用劇毒的氯化汞，嚴重汙染環境，危害人體健康。為了避免使用汞鹽，近年來常采用氯化亞錫和三氯化鈦聯合還原-重鉻酸鉀容量法。原子吸收光譜法簡單快速，結果的精密度和準確度高，但鐵的譜線復雜，例如在鐵譜線248.3 nm附近有壹條248.8 nm的譜線；為了克服光譜幹擾，應選擇最小的狹縫或光譜帶。
鄰菲羅啉可與某些金屬離子形成有色絡合物，幹擾測定。但是，在乙酸-乙酸銨緩沖溶液中，小於2mg/L的銅、鋅、鈷、鉻和鎳（不超過鐵濃度的10倍）不幹擾測定。濃度較高時，可加入過量的顯色劑消除。
技能培訓
戰鬥條件下的演習
1.訓練時，每組按5 ~ 8人分成若幹組。
2.各組發揮作用，運用所學知識並在網上查詢相關信息，完成鐵礦石委托樣品從樣品受理到樣品送檢單發放的工作。
3.填寫表格1和附錄1中的表格2。