Question

【题目】赤泥是铝土矿提取氧化铝过程中产生的固体废弃物，其主要成分为Fe2O3、Al2O3、CaO、TiO2、SiO2等，属于强碱性废渣。从赤泥中回收钛的工艺流程如下：

请回答以下问题：

(1)赤泥颗粒孔隙大，具有较大的比表面积，可作为废气SO2的吸收剂，研究表明该过程中主要利用了化学中和反应，其次是______。

(2)赤泥加一定量水打散的目的是______。

(3)已知高温烧结时，TiO2发生的反应是Na2CO3+TiO2 Na2TiO3+CO2↑，且Na2TiO3不溶于水。则Al2O3在烧结中发生的反应是______，水浸液里的主要溶质有______。

(4)酸浸时，若使钛的浸出率(η%)达到90%，则根据右图工业上应采取的适宜条件是：酸浓度和液固比的取值分别约为______、______。同时浸出温度过高可能造成的环境污染是__________。

(5)TiO2在一定条件下可转化为TiCl4而获得精制提纯，控制TiCl4水解的条件还可以制得TiO2·xH2O纳米材料，该水解过程的化学方程式是______。

(6)赤泥中含钛(以TiO2的质量分数表示)一般为4% ~12%，假设在上述工艺中钛的总回收率为75%，则1t赤泥获得TiO2的最大质量为______kg。

Answer 1

【答案】物理吸附 增大赤泥的接触面积，且打散后便于搅拌 Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑ Na2SiO3、NaAlO2 40% 6 会形成大量的酸雾 TiCl4+(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4HCl 90

【解析】

(1)赤泥颗粒孔隙大，具有较大的比表面积，吸附力强分析；

(2)水加入可使物质松散，扩大接触面积；

(3)在高温烧结时，Na2CO3与TiO2、Al2O3、SiO2会发生反应，产生相应的盐，反应后向生成物中加水，其中可溶性的盐进入溶液中，难溶性的物质仍以固体形式存在；

(4)根据钛的浸出率与硫酸浓度与固液比例分析判断；根据高温盐分解产物的状态判断影响；

(5)根据TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中发生盐的水解反应分析；

(6)根据Ti元素守恒分析解答。

(1)赤泥颗粒孔隙大，具有较大的比表面积，可作为废气SO2的吸收剂，研究表明该过程中主要利用了赤泥含有大量的Fe2O3、Al2O3、CaO、TiO2金属氧化物，可以与酸性氧化物SO2反应产生亚硫酸盐，其次就是其由于颗粒孔隙大，具有较大的比表面积，吸附力强；

(2)赤泥是固体物质，加一定量水打散，可以增大赤泥的接触面积，便于吸收SO2气体，且打散后便于搅拌，反应更容易进行；

(3)在高温烧结时，Na2CO3与Al2O3发生反应：Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑；Na2CO3与SiO2发生反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑；Na2CO3与TiO2发生的反应是Na2CO3+TiO2 Na2TiO3+CO2↑，由于NaAlO2、Na2TiO3都是可溶性的物质，而Na2TiO3是难溶性的物质，所以高温烧结后水浸反应产物，水浸液里的主要溶质有Na2SiO3、NaAlO2；

(4)根据图示中钛的浸出率与硫酸浓度与固液比例关系，画一条垂直于钛的浸出率90%的线，与硫酸浓度线的交点是40%，与液固比例线的交点是6，可确定需要硫酸酸浓度约为40%，液固比的取值约为6。同时若浸出温度过高，酸溶解钛的氧化物形成的盐可能会发生分解反应，产生酸性气体，污染环境，故浸取温度不宜过高；

(5)TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中Ti4+发生盐的水解反应，消耗水电离产生OH-，最终使溶液显酸性，根据题意可知水解产生TiO2·xH2O和HCl，反应的化学方程式为TiCl4+(x+2) H2O=TiO2·xH2O↓+4HCl；

(6)假设赤泥中TiO2的质量分数12%，1t赤泥中TiO2的质量为m(TiO2)=1000kg×12%=120kg；由于在上述工艺中钛的总回收率为75%，所以实际最多可获得TiO2的质量为120kg×75%=90kg。