Практика определения железа методом окислительно-восстановительного титрования в техногенных материалах с повышенным содержанием меди на примере вельц-клинкера

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.

1. ISO 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).

2. ГОСТ 32517.1–2013. Руды железные, концентраты, агломераты и окатыши. Методы определения железа общего. — М.: Стандартинформ, 2014. — 10 с.

3. ISO 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).

4. 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.2022.102565

5. 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.2008.08.019

6. Ревенко 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/S0044450223110130

7. Katakam 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: 10.2174/1573412915666190225160512

8. Каримова 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: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-20-24

9. Khan 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.2004.23.1.1

10. Jurayev 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/CSAC2023-14878

11. 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.2023.107419

12. 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: 10.1088/1755-1315/348/1/012007

13. Mohite B. V. Iron Determination — A Review of Analytical Methods / Asian J. Res. Chem. 2011. Vol. 4. N 3. P. 348 – 361.

14. Крошкина 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.

15. Yang 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)E0116-9

16. 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.2014.03.008

17. 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/S2075113319050071

18. Murakami 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.53.1580

19. 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_15

20. Itagaki 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-E

21. Жигач А. Ф., Стасиневич Д. С. Химия гидридов. — М.: Химия, 1969. — 676 с.

22. Glavee 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/la00024a055

23. Shen 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/BF00241014

24. Кулагина 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)-54-56

25. Cappelletti 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: 10.1080/10408444.2019.1621262

26. Kaufman 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/ed065p183

27. Bhargava 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-X

28. Kolthoff 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/ja01331a019

29. Курбакова 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