Question

某地煤矸石经预处理后含SiO₂(63%)、Al₂O₃(25%)、Fe₂O₃(5%)及少量钙镁的化合物等，一种综合利用煤矸石的工艺流程如图K7­2所示。

图K7­2

(1)写出“酸浸”过程中主要反应的离子方程式：

________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。

(2)“酸浸”时铝浸出率的影响因素可能有________________、________________。(写出2个)

(3)物质X的化学式为________。“碱溶”时反应的离子方程式为__________________________。

(4)已知Fe^3＋开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，Al^3＋开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4。

为了获得Al(OH)₃产品，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO₃一种试剂，后续的操作过程是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)以煤矸石为原料还可以开发其他产品，例如在煤矸石的盐酸浸取液除铁后，常温下向AlCl₃溶液中不断通入HCl气体，可析出大量AlCl₃·6H₂O晶体。结合化学平衡移动原理解释析出晶体的原因：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

Answer 1

(1)Al₂O₃＋6H^＋===2Al^3＋＋3H₂O

Fe₂O₃＋6H^＋===2Fe^3＋＋3H₂O

(2)盐酸的浓度　反应温度　煤矸石的颗粒大小　是否充分搅拌　反应时间(任写2个)

(3)CO₂　Al(OH)₃＋OH^－===AlO＋2H₂O

(4)加入CaCO₃调节pH到3.2，过滤除去Fe(OH)₃后，再加入CaCO₃调节pH到5.4，过滤得到Al(OH)₃

(5)AlCl₃饱和溶液中存在溶解平衡AlCl₃·6H₂O(s)Al^3＋(aq)＋3Cl^—(aq)＋6H₂O(l)，通入HCl气体使溶液中的c(Cl^－)增大，平衡向析出固体的方向移动，从而析出AlCl₃·6H₂O晶体。

[解析] (1)SiO₂不溶于盐酸；Al₂O₃是两性氧化物，能够溶于盐酸；Fe₂O₃是碱性氧化物，能与盐酸反应。

(2)煤矸石固体中浸出铝，其浸出率受煤矸石的颗粒大小、盐酸的浓度、是否搅拌、温度等因素的影响。搅拌可以使煤矸石与盐酸接触更充分，加热可以加快反应速率。

(3)氯化铝和氯化铁水解都生成盐酸，碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和二氧化碳，所以物质X是二氧化碳。碱溶时利用Al(OH)₃的两性，将Fe(OH)₃、Al(OH)₃分开，反应的离子方程式为Al(OH)₃＋OH^－===AlO＋2H₂O。

(4)若只用CaCO₃处理酸浸的溶液，可根据Fe(OH)₃和Al(OH)₃的沉淀pH差异进行分步沉淀，从而得到较纯的Al(OH)₃。

(5)氯化铝在溶液中存在溶解平衡，通入氯化氢后溶液中的氯离子浓度增大，抑制氯化铝的溶解，所以可促进氯化铝晶体的析出。