Глава 2
Исходные материалы, объекты и методики исследования
С целью решения поставленных задач экспериментальных исследований выбранных
процессов (щелочной гидролиз солей железа с использованием едкого натра,
совместный щелочной гидролиз солей железа и солей кобальта с использованием
едкого натра, окисление гидроксида железа (ІІ) до оксигидрооксида железа (ІІІ),
дегидратация полученного оксигидрооксида до оксида, восстановление до металла)
были приняты следующие исходные материалы, объекты и методики проведения
исследований.
В качестве исходных реактивов в работе использовались: сульфат железа FeSO4
7Н2О, х.ч.; сульфат кобальта СоSO4·7Н2О, х.ч.; едкий натр NaOH х.ч.; трилон Б,
ч.д.а.; кислота соляная HCl; a-нитрозо b- нафтол ч.д.а.; перманганат калия
KMnO4 ч.д.а.; бихромат калия K2Cr2O7 ч.д.а.; индикаторы: ксиленоловый оранжевый
ч.д.а., мурексид ч.д.а., фенилантраниловая кислота ч.д.а., метиловый оранжевый
ч.д.а.
Объекты исследований:
Растворы сульфата железа (ІІ) и гидрооксида натрия;
Растворы сульфата кобальта (ІІ);
Золи гидроксида железа (ІІ) ;
Золи оксигидроксида железа (ІІІ);
Порошки оксигидроксида железа (ІІІ);
Порошки оксида железа (ІІІ);
Порошки металлического железа.
Для исследований использовались водные растворы сульфата железа и сульфата
кобальта с концентрацией по ионам металла от 0,05-0,5 моль/л. Выбор солей
обусловлен промышленным применением этих солей для производства оксидов
металлов. Диапазон концентраций солей железа был принят исходя из
технологических соображений: растворы низких концентраций применять
нецелесообразно, верхняя граница обусловлена растворимостью солей железа и
кобальта в воде. Исходная концентрация едкого натра изменялась от 0,4 до 1 М.
Концентрацию железа в растворе определяли тремя способами: перманганатным,
бихроматным [79] и в случае совместного присутствия солей железа и кобальта
весовым с помощью a-нитрозо b- нафтола.
Кобальт определяли комплексонометрически. Аликвотную часть раствора соли
кобальта после разбавления помещали в колбу для титрования добавляли аммиачный
буфер и мурексид и тировали трилоном Б до изменения окраски. Расчет вели по
формуле:
Где: N ТрБ –нормальность трилона Б;
eСоО– эквивалент СоО;
VТрБ–объем трилона Б , пошедшего на титрование;
Несколько видоизмененная, в нашем случае, методика определения малых количеств
кобальта такова: аликвотную часть помещают в стакан, добавляют 1мл раствора
железоаммонийных квасцов и по каплям прибавляют аммиак до помутнения раствора.
Выделившуюся гидроокись железа растворяют в серной кислоте (1:1) при медленном
прокапывании. Затем прибавляют 5мл 50%-ного раствора нитрозо-R-соли и кипятят в
течении 2-3 минут до образования комплекса, после чего добавляют 5мл азотной
кислоты (1:1) и снова кипятят 2-3 минуты для разрушения комплексов, мешающих
определению элементов. Содержимое стакана охлаждают, переносят в мерную колбу
емкостью 100мл, разбавляют водой до метки и фотометрируют на
фотоэлектроколориметре при светофильтре № 6 в кювете с толщиной слоя 50мл.
Найденное количество кобальта отсчитывают по калибровочной кривой (оптическая
плотность- количество кобальта мкг) или вычисляют по уравнению калибровочного
графика. Результат анализа рассчитывают по формуле:
где X –содержание кобальта, %
a–найденное количество кобальта, г;
в–навеска пробы, г
При анализе нестехиометрического феррита кобальта либо смеси растворов железа и
кобальта исходный анализируемый раствор окрашен в розовый цвет, поэтому нельзя
определять железо перманганометрическим методом, т.к. точка перехода при
титровании не будет заметна.
В этом случае Fe2+ определяют с помощью бихромата калия, для чего навеску
феррита растворяют в серной кислоте (1:1), приливают 200 мл воды, 5-10 мл смеси
Рейнгарда и 5-6 капель дифениламина. Затем медленно титруют 0,1 н раствором
бихромата калия при непрерывном перемешивании, пока цвет раствора не перейдет
из чисто-зеленого в серо-зеленый, тогда титрование продолжают медленно, пока не
появится неисчезающее синее окрашивание. Расчет вели по формуле:
где: V– количество раствора бихромата калия в мл;
N—нормальность бихромата калия;
в–навеска феррита в граммах.
Состав осаждаемой дисперсной фазы определяли с использованием методики
физико-химического анализа с применением методов: остаточных концентраций И.В.
Тананаева, измерения рН, измерения оптической плотности и электропроводности.
Между составами раствора и осадка, находящихся в равновесии, существует
определенная связь. Основываясь на этом, И.В. Тананаев предложил метод
названный «методом растворимости», с помощью которого по изменению состава
растворов в зависимости от изменения соотношения между взаимодействующими
веществами, с учетом изменения оптической плотности и электропроводности
определялся состав образующегося осадка.
Исследование реакции щелочного гидролиза проводилось при нормальных условиях.
Схема лабораторной установки представлена на рис. 2.1. Процесс гидролиза
проводился в термостатируемоом стакане 1, снабженном мешалкой 2, ртутным
термометром 3. Постоянную температуру поддерживали с помощью термостата
IТЖ-0-03 (5), погрешность термостатирования3,5%.
Рис. 2.1. Схема лабораторной установки исследования щелочного гидролиза
сульфата железа
1-электроды; 2-стакан; 3-бюретка; 4-термостат; 5-рН-метр, 6-емкость с аргоном,
7- перемешивающее устройство.
Потенциометрическое титрование проводилось при термостатировании ( 10С) на рН-
метре-милливольтметре рН-150. Как измерительный электрод использовали
стеклянный марки ЭСЛ-15-11, как электрод сравнения – хлорсеребряный марки
ЭВЛ-1Г4, погрешность измерений вел
- Киев+380960830922