Question

【題目】氯化銨焙燒菱錳礦制備高純度碳酸錳的工藝流程如下：

已知：①菱錳礦石主要成分是MnCO3，還含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素；

②常溫下，CaF2、MgF2的溶度積分別為1.46×10-10、7.42×10-11

③相關(guān)金屬離子c(Mn+)=0.1mol/L形成氯氧化物沉淀時(shí)的pH如下：

金屬離子	Al3+	Fe3+	Fe2+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
開(kāi)始沉淀的pH	3.8	1.5	6.3	10.6	8.8	9.6
沉淀完全的pH	5.2	2.8	8.3	12.6	10.8	11.6

回答下列問(wèn)題：

(1)“焙燒”時(shí)發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為______________________。

(2)分析下列圖1、圖2，氯化銨焙燒菱鎂礦的最佳條件是：焙燒溫度_________，氯化銨與菱鎂礦粉的質(zhì)量之比為_________。

(3)浸出液“凈化除雜”過(guò)程如下：首先加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，反應(yīng)的離子方程式______；然后調(diào)節(jié)溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全，此時(shí)溶液的pH范圍為_________。再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，當(dāng)c(Ca2+)=1.0×10-5mol/L時(shí)，c(Mg2+)=______mol/L

(4)碳化結(jié)晶時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________。

(5)流程中能循環(huán)利用的固態(tài)物質(zhì)是____________。

Answer 1

【答案】MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O 500℃ 1.10 MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 5.2≤pH<8.8 5×10-6 Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O NH4Cl

【解析】

根據(jù)流程：將菱鎂礦粉(主要成分是MnCO3，還含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)與氯化銨混合研磨后焙燒：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，浸出，浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，然后調(diào)節(jié)溶液pH范圍5.2≤pH＜8.8使Fe3+、A13+沉淀完全，再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，過(guò)濾除去Fe(OH)3、Al(OH)3、CaF2、MgF2，凈化液的成分主要含有MnCl2，加入碳酸氫銨碳化結(jié)晶，發(fā)生反應(yīng)：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O，過(guò)濾，得到MnCO3產(chǎn)品和濾液NH4Cl，將濾液NH4Cl蒸發(fā)結(jié)晶得到NH4Cl晶體可循環(huán)使用，據(jù)此分析作答。

(1)根據(jù)流程，菱鎂礦粉與氯化銨混合研磨后焙燒得到氨氣、二氧化碳和Mn2+，主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；

(2)由圖可知，錳的浸出率隨著焙燒溫度、氯化銨與菱鎂礦粉的質(zhì)量之比、焙燒時(shí)間增大而提高，到500℃、1.10、60min達(dá)到最高，再增大錳的浸出率變化不明顯，故氯化銨焙燒菱鎂礦的最佳條件是焙燒溫度500℃，氯化銨與菱鎂礦粉的質(zhì)量之比為1.10；

(3)浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；然后調(diào)節(jié)溶液pH使Fe3+、A13+沉淀完全，同時(shí)不使Mn2+沉淀，根據(jù)表可知調(diào)節(jié)溶液pH范圍5.2≤pH＜8.8，再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，已知：CaF2、MgF2的溶度積分別為1.46×10-10、7.42×10-11，當(dāng)c(Ca2+)=1.0×10-5mo1L-1時(shí)，c2(F-)==1.46×10-5mol/L，c(Mg2+)==5.0×10-6mol/L；

(4)凈化液的成分主要含有MnCl2，碳化結(jié)晶時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(5)根據(jù)分析和流程可知，可以循環(huán)使用的固體物質(zhì)是NH4Cl。