吳永坤，等：玄武岩中全鐵分析方法的比較與研究
ｒｂｅ原料與生產
中圖分類號文獻標識碼：ａ
玄武岩中全鐵分析方法的比較與研究
吳永坤 ，李勇 。楊勇 ，王帥
（１．南京玻璃纖維研究設計院。南京２１００１２；
２．江蘇天龍玄武岩連續纖維高新科技****，揚州２１１４００）
摘要：重點介紹了４種測定玄武岩中全鐵質量分數的分析方法，從測試方法的穩定性、資料的準確性、操作的簡便性等多方
面進行了對比分析說明，並採用４種方法對不同玄武岩試樣進行全鐵質量分數的測定。結果研究表明這４種方法測定結果比
較接近，其中ｉｃｐ—ａｅｓ法測試資料略微偏低，氧化還原法測試資料偏高，絡合滴定法和分光光度法測試資料最接近且準確度最高。
關鍵詞：玄武岩；鐵；分析方法
０前言纖維，其是一種新型無機環保綠色高效能纖維材料，
玄武岩纖維是玄武岩礦石在
在我國基本已實現了工業化生產。
熔融後，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉製而成的連續
在鉑銠合金漏板進行拉絲生產過程中，ｆｅ（１ｉ）
比ｆｅ（１１ｉ）在高溫環境下更容易和鉑金發生低共熔收稿日期
修回日期現象（俗稱鉑金中毒）。其主要成分鐵質量分數直
作者簡介：吳永坤，女，１９８２年生，碩士，資訊中心主任，工程師。
＜玻璃纖維）２０１３年第５期１
願生ｅ靴吳永坤，等：玄武岩中全鐵分析方法的比較與研究
鈉溶液稀重鉻酸鉀溶液、重鉻酸鉀標準溶液二苯胺磺酸鈉指示劑
硫磷混酸。１．１．２方法原理
接影響玄武岩熔體中透熱性和透光性，尤其是ｆｅ（１ｉ）只能吸收很窄的一段波長，輻射傳熱的效果非常差。另外，在玄武岩熔融過程中基本靠熱傳導進行傳熱，目前多採用鉬電極電熔的方式來提公升液面
高度。由於ｆｅ分為ｆｅ（ⅱ）和ｆｅ（ⅲ），在與金屬鉬
試樣經硫酸和氫氟酸分解，熔融澄清後，大部分鐵用氯化亞錫還原至溶液呈淺黃色，剩餘的鐵由三氯化鈦還原，稀重鉻酸鉀溶液氧化過剩的還原劑，以二苯胺磺酸鈉作為指示劑，用重鉻酸鉀標準溶液滴定還原的鐵，至出現穩定的紫紅色為滴定終點。
１．１．３試驗步驟
進行置換，反應過程中，加速了鉬電極的侵蝕，進而降低坩堝爐的使用壽命。然而的存在有助於提高玄武岩纖維的抗拉強度和介電效能，並可提高纖維的耐酸耐鹼性。
基於玄武岩礦石的ｆｅ（ⅱ）與ｆｅ（ⅲ）質量分數
對玄武岩纖維的生產過程控制具有十分重要的指導
作用，本文著重介紹４種測試玄武岩的全鐵分析方法，並分別對各種測試方法的關鍵影響因素進行分析，對幾種方法的資料穩定性和可操作性進行比較，為玄武岩纖維拉絲生產提供參考依據。
稱取０．５ｇ試樣，精確至０．０００ １ｇ，放入鉑金坩堝中，加水潤濕，邊搖動坩堝，加入１０滴硫酸、５ ｍｌ氫氟酸後置電爐上揮發至幹。取下加入鹽酸（１＋１）加水至１０ ｍｌ，置電爐上加熱溶解，冷卻。
轉移至３００ ｍｌ燒杯中，稀釋溶液至１２０ ｍｌ，加
入鹽酸，調節至ｐｈ＜２，加熱近沸，滴加氧化亞錫使
１測試方法與結果
試驗樣品以玄武岩標準物質和玄武岩１＃試樣為例，分別採用氧化還原法、絡合滴定
溶液由黃色至淺黃色，加入１５滴鎢酸鈉溶液作指
示，滴加三氯化鈦溶液，並不斷攪拌溶液，直到溶液變藍色。再滴加稀重鉻酸鉀溶液至無色。加入３０ｍｌ硫磷混酸，用５滴二苯胺磺酸鈉溶液作指示劑，
法、分光光度法和電感耦合等離子發射光譜法（ｉｃｐ—
ａｅｓ）進行全鐵質量分數的測試。
用重鉻酸鉀標準溶液滴定，當溶液由綠色變為藍綠到最後一滴滴定使之變紫色時為終點。
１．１．４試驗結果
１．１氧化還原法［］
１．１．１試劑
氫氟酸（４０％）、硫酸（１＋ｉ）、鹽酸（１＋１）、氧化亞錫溶液三氯化鈦溶液（１５ ｇ／ｌ）、鎢酸
分別對玄武岩標準物質和玄武岩ｌ樣試樣進行氧化還原法測定，試驗結果見表１。
表１氧化還原法試驗結果
１．２絡合滴定法【ｊ
１．２．１試劑
氫氟酸（４０％）、硫酸（１＋１）、鹽酸（１＋１）、氨水
液至７０℃左右，調節ｐｈ在１．５～２範圍內，用磺基
水楊酸指示劑，ｅｄｔａ標準溶液滴定溶液由紫色至
黃色。１．２．３試驗步驟
稱取０．５ ｇ試樣，精確至０．０００ １ｇ，放入鉑金坩
標準滴定溶液見標準溶液的配置與標定）、磺基水楊酸
１．２．２方法原理
堝中，加水潤濕，邊搖動坩堝，加入１０滴硫酸、５ ｍｌ
氫氟酸後置電爐上揮發至幹。取下加入鹽酸
試樣經硫酸和氫氟酸分解，熔融澄清後，加熱溶
《玻璃纖維）２０１３年第５期２
吳永坤，等：玄武岩中全鐵分析方法的比較與研究
ｆｉｂｅｒａ
ｓｓ原料與生產
（１＋１）加水至１０ ｍｌ，置電爐上加熱溶解，冷卻，轉１．８—２．０。補加９滴磺基水楊酸指示劑，趁熱用移至２５０ ｍｌ容量瓶中，稀釋至表線，搖勻。
標準滴定溶液滴定至亮黃色為終
吸取２５．００ ｍｌ溶液於３００ ｍｌ燒杯中，加水稀點。
釋至１５０ ｍｌ，將溶液加熱至７０℃，加１滴磺基水楊１．２．４試驗結果
酸指示劑，加氨水至溶液變黃色，立即用鹽酸（１＋分別對玄武岩標準物質和玄武岩１）調至溶液呈紅色，再過量６～７滴，確保溶液ｐｈ在
１＃試樣進行絡合滴定法測定，測試結果見表２。
表２絡合滴定法測試結果
１．３分光光度法 ｊ
１．３．３試驗步驟
１．３．１試劑與儀器
稱取約０．１ｇ試樣，精確至０．０００ １ｇ，置於鉑坩焦硫酸鉀、氫氟酸（４０％）、硫酸（１＋１）、鹽酸堝中。用少量水潤濕，加入０．５ ｍｌ硫酸和５ ｍｌ氫（１＋１）、氨水（１＋１）、酒石酸鹽酸羥胺氟酸，置電爐上低溫加熱蒸發至近幹，公升高溫度直至溶液乙酸一乙酸鈉緩衝溶液（ｐｈ一５）、三氧化硫白煙冒盡，冷卻。加入５ ｍｌ鹽酸和１０—１５鄰菲噦啉溶液（１ｇ／ｌ）、三氧化二鐵標準溶液ｍｌ水，置電爐上加熱至鹽類完全溶解，冷卻後，移入對硝基酚指示劑、７２２分光光度計。
２００ ｍｌ容量瓶中，稀釋至標線，搖勻。吸取１０ ｍｌ
１．３．２方法原理
溶液進行分光光度法比色測定。試樣經硫酸和氫氟酸分解，熔融澄清後，用鹽酸
１．３．４試驗結果
羥胺將ｆｅ（ⅲ）還原成ｆｅ（ｉｉ），控制溶液ｐｈ值在分別對玄武岩標準物質和玄武岩３～５範圍內，鄰菲噦啉與ｆｅ（ⅱ）形成穩定的橙紅色１＃試樣進行分光光度法測定，測試結果見表３。
配合物，分光光度計測定總鐵質量分數。
表３分光光度法測試結果
１．４ 電感耦合等離子發射光譜法（ｉｃｐ—
的質量分數。ａｅｓ ＿ｏ
１．４．３試驗步驟
１．４．１試劑與儀器
稱取０．１ｇ試樣，精確至０．０００ １ｇ，放人鉑金坩
氫氟酸（４０％）、高氯酸（７０％）、濃硫酸、濃鹽
堝中，加水潤濕，邊搖動坩堝，邊滴加２ ｍｌ高氯酸、
酸、濃硝酸、碳酸鈉、硼酸、硫酸氨：優級純；電感耦合５ ｍｌ氫氟酸後置電爐上揮發至幹。取下加入１０ ｍｌ
等離子體發射光譜儀。
鹽酸（１＋１），加水約１０ ｍｌ，置電爐上加熱溶解，冷
１．４．２方法原理
卻，移至１００ ｍｌ容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。
試樣經硝酸、高氯酸和氫氟酸分解，溶解澄清後對於全鐵質量分數超過１０％的玄武岩試樣進的溶液在電感耦合等離子體炬焰中激發，發射出鐵行稀釋分取，於電感耦合等離子體發射光譜儀測定。
元素的特徵譜線，根據鐵特徵譜線的強度測定全鐵
１．４．４試驗結果
分別對玄武岩標準物質和玄武岩
《玻璃纖維）２０１３年第５期３
廈生ｅ枷吳永坤，等：玄武岩中全鐵分析方法的比較與研究
ｌ｝｝試樣進行分光光度法測定，測試結果見表４。
表４ ｉｃｐａｅｓ法測試結果
２結果討論２．１氧化還原法
根據筆者的經驗，該方法的優點是滴定終點穩定明顯，但是該法需要分析人員對溶液的體積、酸度
和溫度進行嚴格控制，否則會影響試驗的進行。一
般，熔融物浸取溶液應控制在１２０ ｍｌ以內，體積過大會影響鐵還原步驟的操作及終點的判斷；還原鐵前，溶液的酸度須保持ｐｈ＜２，否則，溶液在鐵還原過程中會產生渾濁現象；還原過程中，溶液應加熱並保持不沸騰狀態，先用氯化亞錫還原部分鐵，再以鎢酸鈉作指示劑用三氯化鈦還原剩餘的鐵，最後用重鉻酸鉀標準溶液進行滴定時應將溶液冷卻至室溫。不冷卻滴定易引起滴定終點褪色，終點無法準確判斷。本法中使用的還原劑三氯化鈦溶液不僅成本高，而且穩定性差，須現配現用。
由表１可以看出，重鉻酸鉀法測試玄武岩中的
全鐵質量分數超出標準值範圍，但本方法的標準偏
差ｓ較小，試驗重複性較好。對於鐵礦石、硫鐵礦
渣、氧化鐵紅等全鐵質量分數較高的試樣，氧化還原法作為仲裁法，方法穩定，終點明顯。但是對於全鐵
質量分數在１０％～１５％的玄武岩試樣，採用本法測
試玄武岩礦石全鐵質量分數，測試結果偏高。
２．２絡合滴定法
本方法的優點是操作簡便，試樣熔融澄清後的
溶液也可用於測試ｃａｏ、ｍｇｏ等元素。
根據表２分析，ｅｄｔａ絡合滴定法測試玄武岩中的全鐵質量分數資料處於標準值範圍內，標準偏差ｓ＞０．１。因為該法的缺點是溶液的溫度、酸度的調節直接影響滴定終點，終點突變不明顯，導致測定數
《玻璃纖維）２ｏ１３年第５期４
據離散性較大。本法適合於玄武岩中全鐵質量分數
的測試，但對於初學者不易掌握。
２．３分光光度法
由於玄武岩中全鐵質量分數一般在１０％以上，
稱取０．１ｇ試樣分解後轉移至２００ ｍｌ容量瓶中，可吸取１０ ｍｌ試液進行比色測定。本方法的優點是不
涉及判斷滴定終點，在常規分析方法中，分析人員相
對較易上手。而且從表３可以看出，本法測試玄武
岩中的全鐵質量分數處於標準值範圍，標準偏差ｓ較小，試驗重複性較好。所以採用鄰菲噦啉分光光
度法分析玄武岩中全鐵的方法簡單、資料準確，是可取的方法。
２．４ 電感耦合等離子發射光譜法（ｉｃｐ—
ａｅｓ１
根據表４，ｉｃｐ－ａｅｓ法測試玄武岩中的全鐵，數
據相對偏低。對於鐵質量分數較高的樣品，需要在標準溶液的配製中加入與原樣品相當量的基體，消除樣品基體的干擾。本法的優點是克服常規測試方法步驟繁瑣、耗時長、工作量大及元素問相互干擾的
問題，且可對試樣中多元素同時測定，但是，由於電
感耦合等離子體發射光譜儀儀器**昂貴，對於玄
武巖纖維生產企業實驗室執行此儀器，投入成本過
高，故本方法較適用於檢測機構、高校等大型實驗
室。２．５ 方法對比［］
通過上述４種方法的比較和分析，在表５中列
出４種方法測定玄武岩中全鐵質量分數測試結果。
分析得出的結果都比較接近，ｉｃｐ—ａｅｓ法測試資料略微偏低，氧化還原法測試資料偏高，絡合滴定法和
分光光度法測試資料準確。
吳永坤，等：玄武岩中全鐵分析方法的比較與研究
ｒｂｓ原料與生產
表５ ４種方法測試結果比較
爾濱：哈爾濱工業大學，２０１１．
３ 結論
在玄武岩纖維的生產過程控制中，玄武岩全鐵質量分數的４種分析方法：（１）氧化還原法：重複性好，但對於全鐵質量分數較低的玄武岩不適用；（２）絡合滴定法：
測試資料準確，操作簡便，但終點判斷不宜掌握，適用於經驗豐富的化學分析人員；（３）分光光度法：測試資料準確，方法簡單，適合企業實驗室操作法：測試資料偏低，同時儀器**昂貴，方法有待進一步優化，適用於檢測機構、高校等大型實驗室。
［２］張耀明，李巨白，姜肇中．玻璃纖維與礦物棉全書［ｍ］．北京：
化學工業出版社，２００１．
［３］張立新．重鉻酸鉀滴定法測定礦石中的鐵［ｊ］．中國科技博覽．
［４］陶穎．硫鐵礦燒渣中全鐵分析方法的比較與評價［ｊ］．無機鹽
工業［５］沙德仁，李勇纖維玻璃化學分析方法［ｓ］．
北京：中國標準出版社
［６］李勇．ｉｃｐ—ａｅｓ在岩棉生產成分控制中的應用［ｊ］．保溫材料
與技能技術
［７］劉建勳，朱建勳，祖群．新型高強度玻璃纖維製備與效能研究
［ｊ］．功能材料
［８］祖群，陳士潔，孔令珂．高強度玻璃纖維研究與應用［ｊ］．航空
參考文獻
［１］魏斌．玄武岩纖維的化學穩定性能及其塗層改性研究［ｄ］．哈
製造技術
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美國能源部於２０１３年２月發布的報告講述了推廣使用碳纖維和玻璃纖維增強聚合物複合材料來
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能的技術。（王文）
對輕型車輛，該報告認為阻礙複合材料在車輛結構中推廣應用的重大差距包括：缺乏對複合材料
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《玻璃纖維）２０１３年第５期５
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