Question

【題目】硫酸錳是一種重要的化工中間體，是錳行業(yè)研究的熱點(diǎn)。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下：

已知：

①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金屬離子在水溶液中的平衡濃度與pH的關(guān)系如圖所示(25℃)：

③此實(shí)驗(yàn)條件下Mn2+開始沉淀的pH為7.54；離子濃度≤10－5mol·L－1時(shí)，離子沉淀完全。

請(qǐng)回答：

（1）傳統(tǒng)工藝處理高硫錳礦時(shí)，不經(jīng)“混合焙燒”，而是直接用H2SO4浸出，其缺點(diǎn)為________。

（2）“氧化”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________。若省略“氧化”步驟，造成的后果是_________________________。

（3）“中和除雜”時(shí)，生成沉淀的主要成分為______________________(填化學(xué)式)。

（4）“氟化除雜”時(shí)，若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全，需維持c(F－)不低于___________。(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10－10；Ksp(CaF2)=3.6×10－12)

（5）“系列操作”指___________、過濾、洗滌、干燥。

Answer 1

【答案】產(chǎn)生硫化氫等氣體，污染環(huán)境 MnO2＋2Fe2＋＋4H＋＝2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O Fe2＋與Mn2＋沉淀區(qū)有重疊，造成Mn2＋損失 Fe(OH)3、Al(OH)3 8×10－3 mol·L－1 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶

【解析】

高硫錳礦中含硫量較高，有一部分硫以-2價(jià)的S2-形式存在，所以加硫酸酸浸時(shí)會(huì)生成硫化氫氣體；依據(jù)題給的焙燒后的燒渣成分，一一分析各步的分離與除雜。將離子濃度10-5mol·L-1代入Ksp的表達(dá)式，計(jì)算出F-的最小濃度。

（1）傳統(tǒng)工藝采用硫酸浸出，此時(shí)MnS或FeS發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成H2S氣體，污染環(huán)境，造成浪費(fèi)；

（2）“氧化”時(shí)加入的是二氧化錳是氧化劑，還原劑是Fe2+，所以發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O；將Fe2+氧化為Fe3+，在Mn2+尚未開始沉淀時(shí)，Fe3+已沉淀完全，若不氧化，則Fe2+與Mn2+沉淀的pH范圍有重疊，沉淀法除Fe2+時(shí)會(huì)造成Mn2+損失；

（3）加入碳酸鈣進(jìn)行中和除雜時(shí)，生成的沉淀為Fe(OH)3、Al(OH)3；

（4）根據(jù)氟化鈣和氟化鎂的Ksp可分別計(jì)算出鈣鎂離子完全沉淀時(shí)氟離子的濃度，由Ksp(MgF2)=c(Ca2+)c(F-)2，求得鈣離子完全沉淀時(shí)c(F-)=6×10-4mol·L－1，同理求得鎂離子完全沉淀時(shí)c(F-)=8×10-3mol·L－1，當(dāng)氟離子的濃度能使鈣離子完全沉淀時(shí)，鎂離子并沒有完全沉淀，所以若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全，需維持c(F－)不低于能使鎂離子完全沉淀的濃度，即不低于8×10-3mol·L－1，注意不要忘寫單位；

（5）“系列操作”實(shí)現(xiàn)了從溶液中獲得MnSO4·4H2O,因?yàn)楹笥小斑^濾、洗滌、干燥”，所以前面必有結(jié)晶。由于絕大多數(shù)固體的溶解度隨溫度降低而降低，所以選擇降溫（冷卻）結(jié)晶。在結(jié)晶前應(yīng)先蒸發(fā)濃縮，使溶液在較高溫度下形成飽和溶液或過飽和溶液。所以本題的答案為“蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶”。