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：

回答下列問(wèn)題：

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

(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、圖3，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__________，焙燒時(shí)間為___________.

(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)的離子方程式為________；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 60min 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NH4Cl混合研磨后焙燒，發(fā)生MnCO3＋2NH4Cl MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O，浸出，浸出液中含有Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋，加入MnO2將Fe2＋氧化成Fe3＋：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O，然后調(diào)節(jié)pH范圍是5.2≤pH<8.8，使 Fe3＋、Al3＋以氫氧化物的形式完全沉淀，再加入NH4F沉淀Ca2＋、Mg2＋，過(guò)濾，凈化液成分主要是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可循環(huán)使用，據(jù)此分析作答；

（1）焙燒是MnCO3與NH4Cl的反應(yīng)，根據(jù)流程圖，得到產(chǎn)物是CO2和NH3，根據(jù)元素守恒，因此方程式為MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

答案為MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

（2）根據(jù)圖1，溫度在500℃時(shí)浸出率較高，如果再升高溫度，浸出率增加不大，提高成本，根據(jù)圖2，氯化銨與菱鎂礦質(zhì)量比為1.10時(shí)為最佳，根據(jù)圖3，在60min時(shí)浸出率為最佳；

答案為500℃；1.10；60min；

（3）MnO2將Fe2＋氧化成Fe3＋，本身被還原為Mn2＋，依據(jù)化合價(jià)升降法進(jìn)行配平，即離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；調(diào)節(jié)pH使Fe3＋、Al3＋沉淀完全，但不能影響Mn2＋，因此pH控制在5.2≤pH<8.8；加入NH4F，除去Mg2＋、Ca2＋，當(dāng)溶液中c(Ca2＋)=1.0×10－5mol·L－1時(shí)，溶液中c2(F－)==1.46×10－5mol·L－1，則溶液c(Mg2＋)=≈5×10－6mol·L－1；

答案為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；5.2≤pH<8.8；5×10－6mol·L－1；

（4）根據(jù)流程圖，碳化結(jié)晶得到MnCO3，“碳化結(jié)晶”原料是Mn2＋和NH4HCO3，產(chǎn)物是MnCO3，該反應(yīng)中沒(méi)有化合價(jià)變化，不屬于氧化還原反應(yīng)，即離子方程式為Mn2＋＋HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；

答案為Mn2＋＋HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；

（5）“碳化結(jié)晶”后過(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可循環(huán)使用；

答案為NH4Cl。