Question

【題目】濕法煉鋅廠在除雜過程中會產(chǎn)生大量鐵礬渣。某黃鉀鐵礬渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12、ZnO·Fe2O3及少量CaO、MgO、SiO2等。一種由黃鉀鐵礬渣制備復(fù)合鎳鋅鐵氧體( NiZnFe4O8)的流程如下：

回答下列問題

(1)濾渣I的主要成分是___________。

(2)凈化除雜階段加入Fe粉時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________、___________。已知：25℃時Ksp(CaF2)=2.7×10－11， Ksp (MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F使Ca2+、Mg2+離子沉淀，若沉淀后溶液中c(Ca2+)=2.7×10－6mol·L－1，則c(Mg2+)=___________ mol·L－1。

(3)在Fe2+、Ni2+、Zn2+共沉淀過程中，三種離子的損失濃度與pH的關(guān)系曲線如圖所示，pH與n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)的關(guān)系曲線如圖所示。為提高原料利用率，n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在___________左右；按此比例，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，則生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的化學(xué)反應(yīng)方程式為___________。

(4)鐵氧體工藝階段制備 NiZnFe4O8過程中，需加入___________劑(填“氧化”或“還原”)。按照上述流程，一座10萬噸規(guī)模的鋅廠每年產(chǎn)生黃鉀鐵礬渣約5萬噸，Fe3+含量為27%，理論上每年可制備復(fù)合鎳鋅鐵氧體(NiZnFe4O8，M=476g·mol－1)___________萬噸(保留兩位有效數(shù)字)

Answer 1

【答案】SiO2 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ 6.4×10-14 2.0 3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑ 氧化 4.3

【解析】

（1）SiO2不和硫酸反應(yīng)，因而濾渣Ⅰ為SiO2。

（2）凈化除雜階段加入Fe粉與過量的稀硫酸置換出氫氣，與Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因而離子方程式為2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ ，Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑。Ksp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-)，帶入數(shù)據(jù)，根據(jù)溶液中的鈣離子濃度可以求出c(F-)=10-2.5mol/L，再根據(jù)Ksp(MgF2)=c(Mg2+)c2(F-)，解得c(Mg2+)=6.4×10-14mol/L。

（3）觀察圖1可知pH=7.2時，三種離子的損失濃度最大，即沉淀達(dá)到最大值，因而此時的pH值最合理，結(jié)合圖2，當(dāng)pH等于7.2時，n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)等于2.0，說明n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在2.0左右。根據(jù)濾液Ⅱ配料，可知陰離子還有SO42-，因而反應(yīng)物為MeSO4和NH4HCO3，Me2+和HCO3-要發(fā)生雙水解，除了信息給的沉淀，產(chǎn)物還有CO2和(NH4)2SO4，因而化學(xué)方程式為3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑。

（4）流程前期操作得到的是Fe2+，而鐵氧體工藝階段得到的 NiZnFe4O8鐵元素是+3價，說明需要加入氧化劑。因2Fe3+ + Fe = 3Fe2+，說明3n(Fe3+)=2n(Fe2+)，可知3m(Fe3+)=2m(Fe2+)，所以流程中共加入鐵元素的質(zhì)量為5×0.27×3/2=2.025萬噸，而NiZnFe4O8鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56×4/476=47％，因而NiZnFe4O8的質(zhì)量為2.025÷47％=4.3萬噸。