锰矿石分为原生矿和氧化矿两类。原生矿(碳酸盐矿物)一般只要求测定锰的碳酸盐矿物、高价氧化锰矿物和硅酸锰矿物等三相。氧化矿(氧化锰矿物),一般除测定碳酸锰矿与其他氧化锰矿物(水锰矿及褐锰矿等)。
一、原生锰矿的化学物相分析
①方法概述
碳酸锰矿物的分离
有关MnCO3的选择溶剂,先后曾报道过用乙酸、(NH4)2SO4、酸化(NH4)2SO4、稀H2SO4、EDTA-NaOH溶液以及稀HClO4等。前两种的主要缺点是碳酸锰矿物的浸取率偏低。后几种的主要缺点是,共存的高价氧化锰矿物(如软锰矿等)及含锰硅酸盐矿物(如蔷薇辉石等)的浸取率都偏高。特别是测定氧化锰矿物中的少量MnCO3时,干扰尤为严重。
有人曾研究含锰酸盐矿物在极稀的无机酸中的溶解行为时观察到,只有稀HNO3对高价氧化锰矿物及含锰硅酸盐矿物的浸取率Zui小。证明,Al(NO3)3水解时释放酸可使碳酸锰矿物定量溶解,而其他锰矿物溶解甚微。推荐Al(NO3)3溶液为碳酸锰矿物的选择性溶剂。
氧化锰矿物的分离
自然界的氧化锰矿物,主要是高价的氧化锰,包括软锰矿、水锰矿、褐锰矿以及硬矿(mMnO.MnO2.nH2O)等。以碳酸锰矿物为主的原生矿,由于氧化锰矿物含量都很低,通常只测定氧化锰合量,不要求细分。在此情况下,分离总氧化锰矿物的选择性溶剂也比较高的试样,要求对氧化锰矿物相进行细分(软锰矿和其他高价锰矿物相)。
氧化矿物分相的原则,主要是根据其化学性质和在工业上的用途来划分。软锰矿是四价锰,而其他高价氧化锰矿物通常为Mn3+。热情关注化锰矿物的分离,主要也是指软锰矿与其他高价态氧化锰矿物的分离。有人简称为三价锰与四价锰的分离。有人曾系统研究过Mn2O3与MnO2的分离方法,证明Mn2O3在稀HNO3(或稀H2SO4)中有一半被溶解,而另一半形MnO2沉淀,过滤分离之后于滤渣中测定有效氧,在滤液中测定被溶解的Mn2O3,通过计算可得两者的含量。后来又有人验证过此法,确认Mn2O3的组成中有一半溶解于1%HNO3中,并将其用于生产实践,效果良好。
直接用于分离水锰矿和褐锰矿的选择性溶剂有H2SO4-HF-KF、H2SO4-HPO3、H2SO4-Na4P2O7和H2SO4-磺基水杨酸等溶液。但只有氟化物法在国内获得了推广应用。该方法采用的溶剂在早期文献中是用80%mL5%H2SO4、5mLHF和3gKF浸取。以后有人将其用量依次调整为:50mL、2mL、和2g。认为调整后的溶剂体系,对降低软锰矿的浸取率有较好的效果。目前国内生产实践中基本上都采用调整后的溶剂体系。
测定Mn3+和Mn4+的另一种方法是计算法。即利用Mn4+的氧化能力比Mn3+大两倍的原理,将两份试样的测定结果(一份是测定有效氧化含量,即Mn3+与Mn4+合量;一份是测定高价锰矿物的总锰含量)解方程后,即分别计算出两者的含量。这种方法在生产实践中也获得了应用。
硅酸锰矿物的分离
锰的硅酸盐矿物主要有蔷薇辉石、锰石榴子石等。这些矿物一般都在浸取分离高价氧化锰矿物后的残渣中测定,很少分相研究。关于获得残渣的方法,视具体试样的组成情况而定。通常都是使用稀H2SO3的浸取渣或饱和SO2溶液的浸取渣。如果试样中有含锰赤铁矿或含锰褐铁矿时H2SO3对其不能完全浸取,必须改用HCl或H3PO4-H2O2溶液浸取分离,于所得残渣中测定硅酸盐。为了快测定硅酸盐,有人建议用HCl-SnCl2溶液浸取碳酸锰及氧化锰等含锰矿物之后,于残渣中直接测定。
②分析步骤
碳酸锰矿物的测定
称取0.1000-0.5000g试样置于缩口烧杯中,加入50mL50g/LAl(NO3)3溶液,煮沸30min,过滤,洗涤,于滤液中测定锰。
氧化锰矿物的测定
在上述残渣中,加入50mLH2SO3(1+3),浸取30min,过滤,洗涤。于滤液中测得之锰含量,即为软锰矿等高价态氧化锰之合量。
硅酸锰矿物的测定
在上述残渣用硝硫混酸处理后蒸发至近干,加入20mLH3PO4溶解硅酸锰,常法测定,结果为硅酸锰之锰含量(如果用H3PO4不能将硅酸锰矿物完全溶解时,可将残渣移入铝坩埚中,用Na2O2熔融,常法测定之)。
二、氧化锰矿的化学物相分析
1、方法概述
氧化锰矿一般除测定碳酸锰和硅酸锰外,尚需测定氧化锰矿物中的软锰矿与其他氧化锰矿物(水锰矿和褐锰矿)。各矿物的分离方法概述参见①。
2、分析步骤
碳酸锰矿物的测定:同②原生锰矿。
水锰矿及褐锰矿的测定其测定方法有二:一是在分离碳可不可能锰后的残渣中,加入50mL5%H2SO4、2mLHF和2gKF(此溶液预先混合),于沸水浴上浸取30min,用塑料漏斗过滤,洗涤,于滤液中测定水锰矿及褐锰矿合量。二是在分离碳酸锰后的残渣中,加入60mL1%HNO3于沸水浴上浸取1.5h,趁热过滤洗净,于滤液中测定水锰矿及褐锰矿含锰量,结果乘以2即为全量。
软锰矿的测定
在分离水锰矿及褐锰矿方法的第一种残渣中,加入50mLH2SO3(1+2),浸取1h,过滤,洗涤,于滤液中测定软锰含量。或者将分离水锰矿及褐锰矿的第二种残渣(包含软锰矿和二分之一的水锰矿、褐链子矿锰含量),用H2SO3(1+2)浸取,过滤分离,于滤液中测得之总锰含量减去1/2水锰矿及褐锰矿含量,即软锰矿之锰含量。
硅酸锰矿物的测定
一般氧化锰矿中硅酸锰矿物的测定方法与原生锰矿相同,即于H2SO3的浸取渣中测定。但如果试样中有Mn3+以类质同象取代Fe3+的情况(即有含锰赤铁矿或含锰褐铁矿)时,则H2SO3不能将其浸取,故必须在用H2SO3浸取软锰矿与水锰矿、褐锰矿之后的残渣中,增加一次用HCl浸取含锰赤铁矿或褐铁矿的程序(在H2SO3浸取的残渣中,加入40mLHCl(1+1),微沸加30min,过滤,洗涤),于残渣中测定硅酸锰。
当试样中有含锰赤铁矿、褐铁矿、铁锰矿以及锰尖晶石等铁锰氧化物时,可单独称取试样,用HCl-SnCl2溶液浸取除硅酸锰之外的所有其他含锰矿物:称取0.1000试样(如碳酸锰含量较高而硅酸锰较低时,试样应预先在500℃灼烧2h),加25mlHCl,滴加100g/LSnCl2溶液,摇动烧杯促使黑色矿物溶解,使溶液呈无色并保持10min。在放置期间,如试液转为暗绿色,应再滴加SnCl2溶液并摇动使其无色,加100mL水,立即过滤,洗涤,于残渣中测定硅酸锰。