Question

【题目】从某矿渣（成分为NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等）中回收NiSO4的工艺流程如图：

已知：(NH4)2SO4在350℃分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3。

回答下列问题：

（1）“研磨”的目的是___。

（2）矿渣中部分FeO在空气焙烧时与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3的化学方程式为____。

（3）“浸泡”过程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的离子方程式为___。“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外还含有___（填化学式）。

（4）向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+，溶液中c(F-)至少为___mol·L-1时，可使钙离子沉淀完全。[已知Ca2+浓度小于1.0×10-5mol·L-1时沉淀完全；Ksp(CaF2)=4.0×10-11]

（5）萃取可用于对溶液中的金属离子进行富集与分离：Fe2+(水相)+2RH(有机相)FeR2(有机相)+2H+(水相)。萃取剂与溶液的体积比（）对溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影响如图所示，的最佳值为___。在___（填“强碱性”“强酸性”或“中性”）介质中“反萃取”能使有机相再生而循环利用。

（6）若将流程图中浸泡步骤改为如图步骤（前后步骤不变）。依据下表数据判断，调pH范围为___。

Answer 1

【答案】增大接触面积，加快反应速率 4FeO+6H2SO4+O22Fe2(SO4)3+6H2O Fe3++2H2OFeO(OH)+3H+ SiO2 2.0×10-3 0.25 强酸性 3.7≤pH<7.1

【解析】

某矿渣的主要成分是NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸铵研磨后，600°C焙烧，已知：(NH4)2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3，在90°C的热水中浸泡过滤得到浸出液，加入NaF除去钙离子，过滤得到滤液加入萃取剂得到无机相和有机相，无机相通过一系列操作得到硫酸镍，有机相循环使用，据此分析解答。

(1)焙烧前将矿渣与(NH4)2SO4混合研磨，混合研磨的目的是增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分；

(2)矿渣中部分FeO在空气焙烧时与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3的化学方程式为4FeO+6H2SO4+O22Fe2(SO4)3+6H2O；

(3) “浸泡”过程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的离子方程式为：Fe3++2H2OFeO(OH)+3H+；根据分析，浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH) 、CaSO4外还含有SiO2；

(4)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+，已知Ca2+浓度小于1.0×10-5mol·L-1时沉淀完全，溶液中c(F)==≈2×103mol/L，故溶液中c(F-)至少为2×103 mol/L；

(5)本工艺中，萃取剂与溶液的体积比()对溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影响如图所示，最佳取值是亚铁离子不能被萃取，镍离子被萃取，的最佳取值是0.25；由Fe2+(水相)+2RH(有机相)FeR(有机相)+2H+(水相)可知，加酸，增大氢离子的浓度，使平衡逆向移动，可生成有机相，则应在强酸性介质中“反萃取”能使有机相再生而循环利用；

(6)若将流程图中浸泡步骤改为如图步骤(前后步骤不变)，亚铁离子被双氧水氧化为铁离子，除杂过程中要将铁离子除去但不能使镍离子沉淀，依据下表数据判断，pH=3.7时铁离子完全沉淀，pH=7.1时镍离子开始沉淀，则调节pH范围为3.7≤pH<7.1。