题目内容
【题目】工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示:
已知:①菱锰矿的主要成分是MnCO3,其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。
②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2,Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。
③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。
(1)结合图1、2、3,分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、、焙烧时间依次分别为_____、_____、_____。
(2)浸出液“净化除杂”过程如图:
①已知几种氧化剂氧化能力的强弱顺序为:H2O2>Cl2>MnO2>Fe3+,则氧化剂X宜选择__(填字母)。
A.H2O2 B.Cl2 C.MnO2
②调节pH时,pH可取的范围为______。
(3)“碳化结晶”步骤中,加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为____。
(4)上述流程中可循环使用的物质是_____。
【答案】500℃ 1.10 60min C 4.7≤pH<8.1 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O NH4Cl
【解析】
根据流程:将菱镁矿粉(主要成分是MnCO3,还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)与氯化铵混合研磨后焙烧:MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O,浸出,浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+,加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+:MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,然后调节溶液pH范围4.7≤pH<8.1使Fe3+,A13+沉淀完全,再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+,过滤除去Fe(OH)3、Al(OH)3、CaF2、MgF2,净化液的成分主要含有MnCl2,加入碳酸氢铵碳化结晶,发生反应:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O,过滤,得到MnCO3产品和滤液NH4Cl,将滤液NH4Cl蒸发结晶得到NH4Cl晶体可循环使用,据此分析作答。
(1)由图可知,锰的浸出率随着焙烧温度、氯化铵与菱镁矿粉的质量之比、焙烧时间增大而提高,到500℃、1.10、60min达到最高,再增大锰的浸出率变化不明显,故氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是焙烧温度500℃,氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为1.10,焙烧时间为60min;
(2)①对浸出液净化除杂时,需要将Fe2+转化为Fe3+,根据氧化剂氧化能力的强弱顺序为H2O2>Cl2>MnO2>Fe3+,则应选择加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+,而不能用H2O2或Cl2,因为H2O2或Cl2除能氧化Fe2+,还能氧化Mn2+,故答案为C;
②已知:Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2,Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1,调节溶液pH使Fe3+,A13+沉淀完全,同时不使Mn2+沉淀,故pH范围为:4.7≤pH<8.1;
(3)净化液的成分主要含有MnCl2,碳化结晶时,发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O;
(4)根据分析和流程可知,可以循环使用的固体物质是NH4Cl。