题目内容

【题目】铍是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的一种新兴材料。以某地的含氟铍矿(主要成分为BeOCaF2Al2O3Fe2O3SiO2及少量的硫酸盐)为原料,生产工业氧化铍的一种工艺流程如图:

已知:①25℃Ksp(CaCO3)=8.7×10-9Ksp(CaSO4)=2.5×10-5

Be(OH)2Al(OH)3性质相似。

回答下列问题:

1熔炼的温度为1600℃,其中约20%Al2O3反应生成烟气(主要成分为AlF3),该反应的化学方程式为___

2)浸渣的主要成分为CaSO4___

3)加入氨水中和酸浸液,若将pH调至8~9沉铍时产生的沉淀物主要有:_________

4沉铍后将滤渣加入足量氢氧化钠溶液提高pH进行除铁,铍元素参与反应的离子方程式为___,然后加适量水稀释进行水解,目的是___

5)若为高氟铍矿,需在沉铍前进行除氟。工业上除氟是加入10%的氨水,并控制一定的条件,使氟与铝铁形成共沉淀物而除去。根据如图实验数据,选择的实验条件为pH=___,水浴加热温度T=___

6)氧化铍粗产品含有一定量的硫酸盐会影响铍的后续冶炼,可用碳酸盐脱除,发生反应:CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)。通过计算反应的K值说明用碳酸钠脱硫酸根反应的程度大小:__

【答案】Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO SiO2 Fe(OH)3 Be(OH)2 Al(OH)3 Be(OH)2+2OH-=BeO22-+H2OBe(OH)2+2OH-=Be(OH)42- 稀释使溶液的碱性变弱,BeO22-水解,分离除去沉淀中的铝元素 4 95 K===2.9×103K值很大,说明转化反应程度很大

【解析】

含氟铍矿(主要成分为BeOCaF2Al2O3Fe2O3SiO2及少量的硫酸盐)经过熔炼,发生反应Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO,“熔炼”后的主要成分BeOCaF2Al2O3Fe2O3SiO2CaO与硫酸反应,因SiO2与硫酸不反应,而CaSO4微溶于水,则“酸浸”除去二氧化硅等,“酸浸”后滤液中的离子主要为H+Fe3+Be2+Al3+SO42-等,“沉铍”后Fe3+Be2+Al3+转化为沉淀Fe(OH)3Be(OH)2Al(OH)3,加入氢氧化钠后Be(OH)2Al(OH)3溶解生成BeO22-AlO2-并除去氢氧化铁,最后加适量的水稀释使溶液的碱性变弱,让BeO22-水解转化为Be(OH)2水解得到氢氧化铍。

1)根据元素守恒分析,Al2O3转化为烟气AlF3,应为Al2O3CaF2发生复分解反应:Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO

2)“熔炼”后适当冷却加入硫酸进行酸浸,主要是含氟铍矿中各种氧化物BeOCaF2Al2O3Fe2O3SiO2CaO与硫酸反应,因SiO2与硫酸不反应,而CaSO4微溶于水,故浸渣的主要成分为CaSO4SiO2

3)酸浸后滤液中的离子主要为H+Fe3+Be2+Al3+SO42-等,加入氨水中和酸浸液,pH调至8~9时,Fe3+Be2+Al3+转化为沉淀Fe(OH)3Be(OH)2Al(OH)3

4沉铍后将滤渣加入足量氢氧化钠溶液提高pH进行除铁,因Fe(OH)3不与氢氧化钠反应,Be(OH)2Al(OH)3性质相似为两性氢氧化物能与氢氧化钠溶液反应,发生Be(OH)2+2OH-=BeO22-+H2OAl(OH)3+OH-=AlO2-+2 H2O,将Fe(OH)3分离,溶液中阴离子主要是BeO22-AlO2-,后加适量水稀释进行水解,根据流程中的得到的信息“水解”目的是得到Be(OH)2,故说明流程中加适量的水是稀释使溶液的碱性变弱,让BeO22-水解转化为Be(OH)2,分离除去沉淀中的铝元素。

5)若为高氟铍矿则“酸浸”后溶液中含有大量的氟离子,氟离子浓度偏大会与Be2+形成配合物溶于水而增加了铍的损失率,因此需在沉铍前进行除氟。根据题目信息工业上除氟是加入10%的氨水,并控制一定的条件,使氟与铝铁形成共沉淀物而除去。图1明显在pH=4FAlFe的沉淀率高,但pH高于4时,铍的损失率增大,故实验条件为pH=4,由图2看出温度在95℃后杂质离子的除去率高,故水浴加热温度为95℃。

(6)反应:CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)K===2.9×103,因为K值很大,说明CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)反应程度很大。

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