zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-9-24-31zldm-2286Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISПрактика определения железа методом окислительно-восстановительного титрования в техногенных материалах с повышенным содержанием меди на примере вельц-клинкераThe experience of iron determination in technogenic materials with a high copper content by the redox titration method: case study of the waelz slagГрудинскийП. И.GrudinskyP. I.

Павел Иванович Грудинский

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49

Pavel I. Grudinsky

49, Leninsky prosp., Moscow, 119334

GruPaul@yandex.ruЮртаеваА. А.YurtaevaA. A.

Анфиса Александровна Юртаева

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9.

Anfisa A. Yurtaeva

49, Leninsky prosp., Moscow, 119334

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

ДюбановВ. Г.DyubanovV. G.

Валерий Григорьевич Дюбанов

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49

Valery G. Dyubanov

49, Leninsky prosp., Moscow, 119334

Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наукРоссияA. A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук; Российский химико-технологический университет им. Д. И. МенделееваРоссияA. A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences; D. I. Mendeleev Russian University of Chemical TechnologyRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наукРоссияD. I. Mendeleev Russian University of Chemical TechnologyRussian Federation2024220920249092431Copyright © Грудинский П.И., Юртаева А.А., Дюбанов В.Г., 20242024Грудинский П.И., Юртаева А.А., Дюбанов В.Г.Grudinsky P.I., Yurtaeva A.A., Dyubanov V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2286

На практике широко используются классические методы определения общего железа, среди которых одним из самых распространенных является окислительно-восстановительное титрование. В известной методике ISO 2597-1 (ГОСТ 32517) анализ включает разложение пробы с ее переведением в раствор, восстановление Fe3+ раствором SnCl2 до Fe2+ и титрование раствором K2Cr2O7 в присутствии индикатора — дифениламиносульфоната натрия или бария. В настоящей работе предложена титриметрическая методика определения общего железа с использованием в качестве восстановителя тетрагидридобората калия вместо SnCl2. Изучены особенности известной и рассматриваемой методик при применении спекания для разложения проб в ходе анализа большого количества образцов. Применение разработанной методики для анализа стандартных образцов и реальных техногенных материалов с повышенным содержанием меди на примере вельц-клинкера показало удовлетворительную точность и воспроизводимость полученных значений общего содержания железа. Результаты свидетельствуют о возможности применения рассматриваемого способа для определения железа в пробах с повышенным содержанием меди без дополнительного этапа отделения железа от меди. Высокая производительность анализа обусловлена отсутствием стадии отделения железа от меди и простотой проведения восстановления при комнатной температуре, а также тем, что не требуется контролировать количество добавляемого восстановителя и титровать раствор сразу после восстановления железа. Указанные преимущества наряду с отсутствием необходимости применения токсичных соединений ртути делают рассматриваемый способ привлекательным для анализа большого количества проб.

Redox titration is one of the most common classical methods widely used in practice for the determination of total iron. A well-known procedure ISO 2597-1 (GOST 32517) includes the decomposition of a sample with dissolution, the reduction of Fe3+ to Fe2+ using a SnCl2 solution and its titration with a K2Cr2O7 solution in the presence of sodium or barium diphenylaminosulfonate as an indicator. We propose to use potassium tetrahydroborate KBH4 as a reducing agent for Fe3+ to Fe2+ instead of SnCl2 to modify a titrimetric method of total iron determination. The features of the well-known and considered methods are studied when using sintering for sample decomposition during the analysis of a large number of samples. Application of the developed method for the analysis of standard samples and technogenic materials with a high copper content, namely, Waelz slag showed a satisfactory accuracy and reproducibility of the obtained values of the total iron content. The results obtained indicate the possibility of the application of this method to the iron determination in the samples with a high copper content without an additional step of the iron separation from copper. A high productivity of the analysis (apart from the absence of the separation stage) is achieved due to the simplicity of the reduction process occurred at room temperature, no need for the control of the added amount of the reducing agent, and the possibility of holding the solutions for a long time before the titration. These advantages along with the no need for using toxic mercury compounds during the analysis make the method attractive for the analysis of a large number of samples.

железоокислительно-восстановительное титрованиемедьвельц-клинкертетрагидридоборат калияironredox titrationcopperWaelz slagpotassium tetrahydridoborateИсследование выполнено за счет гранта Росийского научного фонда 24-23-00507, https://rscf.ru/project/24-23-00507ReferencesISO 2597-1:2006. Iron ores. Determination of total iron content. Part 1: Titrimetric method after tin (II) chloride reduction n. d. https://www.iso.org/standard/39725.html (дата обращения 16.04.24).Kim J., Sovacool B. K., Bazilian M., et al. Decarbonizing the iron and steel industry: A systematic review of sociotechnical systems, technological innovations, and policy options / Energy Res. Soc. Sci. 2022. Vol. 89. 102565. DOI: 10.1016/j.erss.2022.102565ГОСТ 32517.1–2013. Руды железные, концентраты, агломераты и окатыши. Методы определения железа общего. — М.: Стандартинформ, 2014. — 10 с.Sitko R., Zawisza B., Krzykawski T., Malicka E. Determination of chemical composition of siderite in concretions by wavelength-dispersive X-ray spectrometry following selective dissolution / Talanta. 2009. Vol. 77. N 3. P. 1105 – 1110. DOI: 10.1016/j.talanta.2008.08.019ISO 2597-2:2008. Iron ores. Determination of total iron content. Part 2: Titrimetric methods after titanium(III) chloride reduction n.d. https://www.iso.org/standard/43731.html (дата обращения 16.04.24).Revenko A. G., Pashkova G. V. X-ray fluorescence spectrometry: current status and prospects of development / J. Anal. Chem. 2023. Vol. 78. N 11. P. 1452 – 1458. DOI: 10.1134/s1061934823110072Kim J., Sovacool B. K., Bazilian M., et al. Decarbonizing the iron and steel industry: A systematic review of sociotechnical systems, technological innovations, and policy options / Energy Res. Soc. Sci. 2022. Vol. 89. 102565. DOI: 10.1016/j.erss.2022.102565Katakam L. N. R., Aboul-Enein H. Y. Elemental Impurities Determination by ICP-AES / ICP-MS: A review of Theory, Interpretation of Concentration Limits, Analytical Method Development Challenges and Validation Criterion for Pharmaceutical Dosage Forms / Curr. Pharm. Anal. 2020. Vol. 16. N 4. P. 392 – 403. DOI: 10.2174/1573412915666190225160512Sitko R., Zawisza B., Krzykawski T., Malicka E. Determination of chemical composition of siderite in concretions by wavelength-dispersive X-ray spectrometry following selective dissolution / Talanta. 2009. Vol. 77. N 3. P. 1105 – 1110. DOI: 10.1016/j.talanta.2008.08.019Karimova T. A., Buchbinder G. L., Romanov N., Kachin S. V. Analysis of iron ores by ICP-AES / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2021. Vol. 87. N 6. P. 20 – 24 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-20-24Ревенко А. Г., Пашкова Г. В. Рентгенофлуоресцентный анализ: современное состояние и перспективы развития / Журн. аналит. химии. 2023. Т. 78. ¹ 11. С. 980 – 1001. DOI: 10.31857/S0044450223110130Khan S., Dashora R., Goswami A. K., Purohit D. N. Review of spectrophotometric methods for determination of iron / Rev. Anal. Chem. 2004. Vol. 23. N 1. P. 1 – 74. DOI: 10.1515/revac.2004.23.1.1Katakam L. N. R., Aboul-Enein H. Y. Elemental Impurities Determination by ICP-AES / ICP-MS: A review of Theory, Interpretation of Concentration Limits, Analytical Method Development Challenges and Validation Criterion for Pharmaceutical Dosage Forms / Curr. Pharm. Anal. 2020. Vol. 16. N 4. P. 392 – 403. DOI: 10.2174/1573412915666190225160512Jurayev R. S., Choriev A. U., Qaxxorov N. T. The Photometric Determination of Iron(III) with 2-Napthylcarboxymethylene Citrate / Eng. Proc. 2023. Vol. 48. N 1. 49. DOI: 10.3390/CSAC2023-14878Каримова Т. А., Бухбиндер Г. Л., Романов С. Н., Качин С. В. Анализ железорудного сырья методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. ¹ 6. С. 20 – 24. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-20-24Baral A., Pesce S., Yorkshire A. S., et al. Characterisation of iron-rich cementitious materials / Cem. Concr. Res. 2024. Vol. 177. 107419. DOI: 10.1016/j.cemconres.2023.107419Khan S., Dashora R., Goswami A. K., Purohit D. N. Review of spectrophotometric methods for determination of iron / Rev. Anal. Chem. 2004. Vol. 23. N 1. P. 1 – 74. DOI: 10.1515/revac.2004.23.1.1Adlim M., Khaldun I., Rahmi M., et al. Determination of iron content within iron sands from Lampanah-Lengah estuary using various analytical methods / IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2019. Vol. 348. N 1.012007. DOI: 10.1088/1755-1315/348/1/012007Jurayev R. S., Choriev A. U., Qaxxorov N. T. The Photometric Determination of Iron(III) with 2-Napthylcarboxymethylene Citrate / Eng. Proc. 2023. Vol. 48. N 1. 49. DOI: 10.3390/CSAC2023-14878Mohite B. V. Iron Determination — A Review of Analytical Methods / Asian J. Res. Chem. 2011. Vol. 4. N 3. P. 348 – 361.Baral A., Pesce S., Yorkshire A. S., et al. Characterisation of iron-rich cementitious materials / Cem. Concr. Res. 2024. Vol. 177. 107419. DOI: 10.1016/j.cemconres.2023.107419Kroshkina A. B., Stolyarova I. A., Bunakova N. Yu., et al. Determination of titanium, vanadium, chromium and iron-group elements in mineral raw materials. — Moscow: Nedra, 1983. — 184 p. [in Russian].Adlim M., Khaldun I., Rahmi M., et al. Determination of iron content within iron sands from Lampanah-Lengah estuary using various analytical methods / IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2019. Vol. 348. N 1.012007. DOI: 10.1088/1755-1315/348/1/012007Yang X. J. A rapid and mercury pollution-free redoximetry determination of total iron in copper ore / Talanta. 1994. Vol. 41. N 11. P. 1815 – 1819. DOI: 10.1016/0039-9140(94)E0116-9Mohite B. V. Iron Determination — A Review of Analytical Methods / Asian J. Res. Chem. 2011. Vol. 4. N 3. P. 348 – 361.Hu H., Tang Y., Ying H., et al. The effect of copper on iron reduction and its application to the determination of total iron content in iron and copper ores by potassium dichromate titration / Talanta. 2014. Vol. 125. P. 425 – 431. DOI: 10.1016/j.talanta.2014.03.008Крошкина А. Б., Столярова И. А., Бунакова Н. Ю. и др. Определение титана, ванадия, хрома и элементов группы железа в минеральном сырье. — М.: Недра, 1983. — 184 с.Grudinsky P. I., Zinoveev D. V., Dyubanov V. G., Kozlov P. A. State of the Art and Prospect for Recycling of Waelz Slag from Electric Arc Furnace Dust Processing / Inorg. Mater. Appl. Res. 2019. Vol. 10. N 5. P. 1220 – 1226. DOI: 10.1134/S2075113319050071Yang X. J. A rapid and mercury pollution-free redoximetry determination of total iron in copper ore / Talanta. 1994. Vol. 41. N 11. P. 1815 – 1819. DOI: 10.1016/0039-9140(94)E0116-9Murakami K., Sugawara K., Kawaguchi T. Analysis of Combustion Rate of Various Carbon Materials for Iron Ore Sintering Process / ISIJ Int. 2013. Vol. 53. N 9. P. 1580 – 1587. DOI: 10.2355/isijinternational.53.1580Hu H., Tang Y., Ying H., et al. The effect of copper on iron reduction and its application to the determination of total iron content in iron and copper ores by potassium dichromate titration / Talanta. 2014. Vol. 125. P. 425 – 431. DOI: 10.1016/j.talanta.2014.03.008Mohassab Y., Elzohiery M., Chen F., Sohn H. Y. Determination of total iron content in iron ore and DRI: Titrimetric method versus ICP-OES analysis / EPD Congress 2016 / Allanore A., Bartlett L., Wang C., Zhang L., Lee J. (eds). — Cham: Springer, 2016. P. 125 – 133. DOI: 10.1007/978-3-319-48111-1_15Grudinsky P. I., Zinoveev D. V., Dyubanov V. G., Kozlov P. A. State of the Art and Prospect for Recycling of Waelz Slag from Electric Arc Furnace Dust Processing / Inorg. Mater. Appl. Res. 2019. Vol. 10. N 5. P. 1220 – 1226. DOI: 10.1134/S2075113319050071Itagaki M., Tagaki M., Mori T., Watanabe K. Active dissolution mechanisms of copper in acidic solutions containing sodium fluoride / Corros. Sci. 1996. Vol. 38. N 4. P. 601 – 610. DOI: 10.1016/0010-938X(95)00149-EMurakami K., Sugawara K., Kawaguchi T. Analysis of Combustion Rate of Various Carbon Materials for Iron Ore Sintering Process / ISIJ Int. 2013. Vol. 53. N 9. P. 1580 – 1587. DOI: 10.2355/isijinternational.53.1580Zhigach A. F., Stasinevich D. S. Chemistry of hydrides. — Moscow: Khimiya, 1969. — 676 p [in Russian].Mohassab Y., Elzohiery M., Chen F., Sohn H. Y. Determination of total iron content in iron ore and DRI: Titrimetric method versus ICP-OES analysis / EPD Congress 2016 / Allanore A., Bartlett L., Wang C., Zhang L., Lee J. (eds). — Cham: Springer, 2016. P. 125 – 133. DOI: 10.1007/978-3-319-48111-1_15Glavee G. N., Klabunde K. J., Sorensen C. M., Hadjipanayis G. C. Borohydride Reduction of Nickel and Copper Ions in Aqueous and Nonaqueous Media. Controllable Chemistry Leading to Nanoscale Metal and Metal Boride Particles / Langmuir. 1994. Vol. 10. N 12. P. 4726 – 4730. DOI: 10.1021/la00024a055Itagaki M., Tagaki M., Mori T., Watanabe K. Active dissolution mechanisms of copper in acidic solutions containing sodium fluoride / Corros. Sci. 1996. Vol. 38. N 4. P. 601 – 610. DOI: 10.1016/0010-938X(95)00149-EShen J., Li Z., Chen Y. Preparation of Fe – B ultrafine amorphous alloy particles by the reaction of ferric chloride and potassium borohydride in aqueous solution / J. Mater. Sci. Lett. 1994. Vol. 13. P. 1208 – 1210. DOI: 10.1007/BF00241014Жигач А. Ф., Стасиневич Д. С. Химия гидридов. — М.: Химия, 1969. — 676 с.Kulagina E. S., Fokina L. S. The use of a weight automatic titrator «Titrion» in the certification of the reference materials / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2018. Vol. 84. N 1. Part II. P. 54 – 56 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-1(II)-54-56Glavee G. N., Klabunde K. J., Sorensen C. M., Hadjipanayis G. C. Borohydride Reduction of Nickel and Copper Ions in Aqueous and Nonaqueous Media. Controllable Chemistry Leading to Nanoscale Metal and Metal Boride Particles / Langmuir. 1994. Vol. 10. N 12. P. 4726 – 4730. DOI: 10.1021/la00024a055Cappelletti S., Piacentino D., Fineschi V., et al. Mercuric chloride poisoning: symptoms, analysis, therapies, and autoptic findings. A review of the literature / Crit. Rev. Toxicol. 2019. Vol. 49. N 4. P. 1 – 13. DOI: 10.1080/10408444.2019.1621262Shen J., Li Z., Chen Y. Preparation of Fe – B ultrafine amorphous alloy particles by the reaction of ferric chloride and potassium borohydride in aqueous solution / J. Mater. Sci. Lett. 1994. Vol. 13. P. 1208 – 1210. DOI: 10.1007/BF00241014Kaufman S., DeVoe H. Iron Analysis by Redox Titration: A General Chemistry Experiment / J. Chem. Educ. 1988. Vol. 65. N 2. P. 183. DOI: 10.1021/ed065p183Кулагина Е. С., Фокина Л. С. Применение весового автоматического титратора «Титрион» при аттестации стандартных образцов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 1. Ч. II. С. 54 – 56. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-1(II)-54-56Bhargava O. P., Alexiou A., Hines W. G. Rapid method for total iron determination in iron ores, sinter and related materials without use of mercury compounds / Talanta. 1978. Vol. 25. N 6. P. 357 – 358. DOI: 10.1016/0039-9140(78)80143-XCappelletti S., Piacentino D., Fineschi V., et al. Mercuric chloride poisoning: symptoms, analysis, therapies, and autoptic findings. A review of the literature / Crit. Rev. Toxicol. 2019. Vol. 49. N 4. P. 1 – 13. DOI: 10.1080/10408444.2019.1621262Kolthoff I. M., Noponen G. E. Diphenylamine Sulfonic Acid as a Reagent for the Colorimetric Determination of Nitrates / J. Am. Chem. Soc. 1933. Vol. 55. N 4. P. 1448 – 1453. DOI: 10.1021/ja01331a019Kaufman S., DeVoe H. Iron Analysis by Redox Titration: A General Chemistry Experiment / J. Chem. Educ. 1988. Vol. 65. N 2. P. 183. DOI: 10.1021/ed065p183Kubrakova I. V., Toropchenova E. S. Microwave sample preparation for geochemical and ecological studies / J. Anal. Chem. 2013. Vol. 68. N 6. P. 467 – 476. DOI: 10.1134/S1061934813060099Bhargava O. P., Alexiou A., Hines W. G. Rapid method for total iron determination in iron ores, sinter and related materials without use of mercury compounds / Talanta. 1978. Vol. 25. N 6. P. 357 – 358. DOI: 10.1016/0039-9140(78)80143-XBhargava O. P., Alexiou A., Hines W. G. Rapid method for total iron determination in iron ores, sinter and related materials without use of mercury compounds / Talanta. 1978. Vol. 25. N 6. P. 357 – 358. DOI: 10.1016/0039-9140(78)80143-XKolthoff I. M., Noponen G. E. Diphenylamine Sulfonic Acid as a Reagent for the Colorimetric Determination of Nitrates / J. Am. Chem. Soc. 1933. Vol. 55. N 4. P. 1448 – 1453. DOI: 10.1021/ja01331a019Kolthoff I. M., Noponen G. E. Diphenylamine Sulfonic Acid as a Reagent for the Colorimetric Determination of Nitrates / J. Am. Chem. Soc. 1933. Vol. 55. N 4. P. 1448 – 1453. DOI: 10.1021/ja01331a019Курбакова И. В., Торопченова Е. С. Микроволновая подготовка проб в геохимических и экологических исследованиях / Журн. аналит. химии. 2013. Т. 68. ¹ 6. С. 524 – 534. DOI: 10.7868/S0044450213060091Курбакова И. В., Торопченова Е. С. Микроволновая подготовка проб в геохимических и экологических исследованиях / Журн. аналит. химии. 2013. Т. 68. ¹ 6. С. 524 – 534. DOI: 10.7868/S0044450213060091

The authors declare that there are no conflicts of interest present.