题目内容

【题目】某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属NiAlFe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子

Ni2+

Al3+

Fe3+

Fe2+

开始沉淀时(c=0.01 mol·L1)pH

沉淀完全时(c=1.0×105 mol·L1)pH

7.2

8.7

3.7

4.7

2.2

3.2

7.5

9.0

回答下列问题:

(1)“碱浸NaOH的两个作用分别是______________。为回收金属,用稀硫酸将滤液①调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________

(2)“滤液②中含有的金属离子是______________

(3)“转化中可替代H2O2的物质是______________。若工艺流程改为先pH”转化,即

滤液③中可能含有的杂质离子为______________

(4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2Ksp=______________(列出计算式)。如果转化后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol·L1,则pH”应控制的pH范围是______________

(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式______________

(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是______________

【答案】除去油脂、溶解铝及其氧化物 +H++H2O=Al(OH)3+H+=Al(OH)3↓+H2O Ni2+Fe2+Fe3+ O2或空气 Fe3+ 3.2~6.2 2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O 提高镍回收率

【解析】

由工艺流程分析可得,向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸,可除去油脂,并发生反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H22Al2O3+4NaOH=4NaAlO2+2H2OAl及其氧化物溶解,得到的滤液①含有NaAlO2,滤饼①为NiFe及其氧化物和少量其他不溶性杂质,加稀H2SO4酸浸后得到含有Ni2+Fe2+Fe3+的滤液②,Fe2+H2O2氧化为Fe3+后,加入NaOH调节pH使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去,再控制pH浓缩结晶得到硫酸镍的晶体,据此分析解答问题。

(1)根据分析可知,向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸,可除去油脂,并将Al及其氧化物溶解,滤液①中含有NaAlO2(Na[Al(OH)4]),加入稀硫酸可发生反应+H++H2O=Al(OH)3+H+=Al(OH)3↓+H2O,故答案为:除去油脂、溶解铝及其氧化物;+H++H2O=Al(OH)3+H+=Al(OH)3↓+H2O

(2)加入稀硫酸酸浸,NiFe及其氧化物溶解,所以滤液②中含有的金属离子是Ni2+Fe2+Fe3+,故答案为:Ni2+Fe2+Fe3+

(3)“转化H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,可用O2或空气替代;若将工艺流程改为先pH”转化,会使调pH过滤后的溶液中含有Fe2+,则滤液③中可能含有转化生成的Fe3+,故答案为:O2或空气;Fe3+

(4)由上述表格可知,Ni2+完全沉淀时的pH=8.7,此时c(Ni2+)=1.0×10-5mol·L-1c(H+)=1.0×10-8.7mol·L-1,则c(OH-)=,则Ni(OH)2;或者当Ni2+开始沉淀时pH=7.2,此时c(Ni2+)=0.01mol·L-1c(H+)=1.0×10-7.2mol·L-1,则c(OH-)=,则Ni(OH)2;如果转化后的溶液中Ni2+浓度为1.0mol·L-1,为避免镍离子沉淀,此时,则,即pH=6.2Fe3+完全沉淀的pH3.2,因此调节pH”应控制的pH范围是3.2~6.2,故答案为:3.2~6.2

(5)由题干信息,硫酸镍在强碱中被NaClO氧化得到NiOOH沉淀,即反应中Ni2+被氧化为NiOOH沉淀,ClOˉ被还原为Clˉ,则根据氧化还原得失电子守恒可得离子方程式为2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O,故答案为:2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O

(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有Ni2+,可将其收集、循环使用,从而提高镍的回收率,故答案为:提高镍的回收率。

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