Question

【題目】工業(yè)上用軟錳礦及含錳廢料（主要成分，含有少量等）與煙氣脫硫進(jìn)行聯(lián)合處理并制備的流程如下：

25℃時(shí)，幾種金屬離子沉淀時(shí)的pH如下：

開始沉淀時(shí)pH	7.6	2.7	3.8	8.3	5.9
完全沉淀時(shí)pH	9.7	4.0	4.7	9.8	6.9

（1）在酸化還原步驟中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式分別為_____________、_____________。

（2）沉淀1為_________（填化學(xué)式），用雙氧水處理濾液1時(shí)，通常在40~55℃下進(jìn)行原因是_____________。

（3）氧化反應(yīng)過(guò)程中常會(huì)有一定量的氣泡產(chǎn)生，可能的原因是___________，調(diào)節(jié)溶液的目的是_______________

（4）“凈化”時(shí)，加入的作用是______________

（5）濾液3中除外，還含有少量。的溶解度曲線如圖所示。據(jù)此判斷，“操作I”應(yīng)為___________、______、洗滌、干燥。

Answer 1

【答案】 溫度過(guò)高雙氧水分解，溫度過(guò)低反應(yīng)速率太慢 在以及氧化生成的Fe3+的催化作用下，雙氧水發(fā)生分解，生成氧氣 使轉(zhuǎn)化為 將轉(zhuǎn)化為沉淀 蒸發(fā)結(jié)晶 趁熱過(guò)濾

【解析】

含錳廢料中的雜質(zhì)有氧化鐵，氧化鋁，氧化鈣，氧化銅以及二氧化硅；以軟錳礦為原料，通過(guò)與煙氣脫硫聯(lián)合處理的辦法制備最終產(chǎn)品為硫酸錳，那么制備過(guò)程中的Fe，Al，Ca，Cu以及Si等雜質(zhì)元素要除去；第一步將原料加硫酸處理，由于SiO2不溶于硫酸，所以沉淀1中必然含有SiO2，又因?yàn)?/span>CaSO4溶解性較差，所以沉淀1中也含有CaSO4；那么濾液中剩余的雜質(zhì)元素為Al，Fe，Cu；由于第一步加酸溶解時(shí)，同時(shí)溶液中也在不斷地通入還原性氣體SO2，那么濾液1中的Fe元素有些為+2價(jià)；為了除Fe和Al，需要先用氧化劑將Fe元素全部轉(zhuǎn)化為Fe3+后再調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe，Al轉(zhuǎn)化為沉淀除去；為了避免引入新雜質(zhì)，氧化劑選用的是雙氧水，其性質(zhì)不穩(wěn)定受熱易分解，因此要避免溫度過(guò)高；這樣，濾液2中的雜質(zhì)元素僅為Cu，通過(guò)向?yàn)V液中加入(NH4)2S，將其轉(zhuǎn)化為CuS沉淀即可除去；最終的濾液3中除硫酸錳外還含有少量的硫酸銨，結(jié)合二者溶解度隨溫度的變化曲線，通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶和趁熱過(guò)濾的方法即可獲得純度較高的硫酸錳固體，再對(duì)其進(jìn)行洗滌干燥即可。

(1)MnO2在酸化還原后轉(zhuǎn)化為Mn2+，Fe2O3在酸化還原后轉(zhuǎn)化為Fe2+，相關(guān)的離子方程式分別為：和；

(2)通過(guò)分析可知，沉淀1中有不與硫酸反應(yīng)的SiO2以及溶解性較差的CaSO4；雙氧水性質(zhì)不穩(wěn)定，受熱易分解，因此用其處理濾液1時(shí)，溫度控制在40至55℃之間是一方面是為了避免雙氧水在較高溫度下分解，另一方面也為了避免溫度過(guò)低導(dǎo)致的反應(yīng)速率過(guò)慢；

(3)氧化步驟會(huì)將Fe2+氧化為Fe3+，此外溶液中還存在Cu2+和Mn2+均能催化過(guò)氧化氫分解，產(chǎn)生氧氣；通過(guò)分析可知，調(diào)節(jié)pH=5是為了將Fe3+和Al3+轉(zhuǎn)化為沉淀除去；

(4)通過(guò)分析可知，凈化步驟為了除去溶液中剩余的雜質(zhì)Cu2+；通過(guò)加入硫化銨，可將Cu2+轉(zhuǎn)化為CuS沉淀除去；

(5)由硫酸錳和硫酸銨的溶解度曲線可知，溶液溫度高于30℃左右時(shí)，硫酸銨溶解度持續(xù)增大而硫酸錳的溶解度反而下降；因此為了從濾液3中獲得純度較高的硫酸錳，可采用蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過(guò)濾的方式，再對(duì)過(guò)濾得到的硫酸錳進(jìn)行洗滌，干燥即可。