Question

【题目】氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：

已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol/L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

③常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10－10、7.42×10－11。

回答下列问题：

（1）“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为_________。

分析下列图1，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度为500℃。分析选择反应温度为500℃的原因_________________。

（2）浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式为_________；再调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变为沉淀除去，溶液pH的范围为_________；然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为CaF2、MgF2沉淀除去，两种沉淀共存时溶液中=_________。

（3）碳化结晶时，反应的离子方程式为_________。

（4）MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化如图所示，300℃—770℃范围内，发生反应的化学方程式为________________________。

Answer 1

【答案】MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O 温度低，速率慢浸出率低；温度过高，浸出率变化不大，成本增加 MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 5.2≤pH<8.8 1.97 Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O 3MnO2=Mn3O4+O2↑

【解析】

（1）焙烧时主要的化学反应是碳酸锰和氯化铵在加热条件下生成氯化锰、氨气、二氧化碳、水；500℃之前的浸出率较低，再升高温度，浸出率变化很小；

（2）该反应中，MnO2被还原，Fe2+被氧化，根据氧化还原反应中转移电子守恒以及原子、电荷守恒书写；需除去Al3+、Fe3+的同时，不能除去Mn2+；根据Ksp的关系计算即可；

（3）根据碳酸氢根离子电离出的碳酸根离子生产碳酸锰；

（4）根据加热过程中Mn元素质量不变分析300℃以及770℃时固体成分进行分析。

（1）焙烧过程中发生的主要反应的化学方程式为：MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；温度过低，反应速率慢、浸出率低；随着温度的升高，锰浸出率逐渐升高，但在500℃以后，锰浸出率增加缓慢，并且在500℃时，锰浸出率已经达到95%以上，温度过高，浸出率变化不大，成本增加，故焙烧温度取500℃即可；

（2）净化除杂中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式为：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；由表可知，Fe3+、Al3+完全沉淀的pH分别为2.8和5.2，Mn2+开始沉淀pH为8.8，故若要将Al3+、Fe3+变为沉淀除去，但Mn2+不能沉淀，故需条件pH的范围为5.2≤pH<8.8；当两种沉淀共存时，溶液中=1.97；

（3）“碳化结晶”时，加入碳酸氢铵时HCO3-的电离促进Mn2+生成MnCO3，同时HCO3-与电离出的H+反应生成水和CO2，发生反应的离子方程式为Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O；

（4）假设起始n(MnCO3)=1mol，则m（MnCO3）=115g，m（Mn）=55g，加热过程中Mn元素的质量不变，A点时固体质量为115g×75.65%=87g，则m（O）=32g，故，故A点对应的化学式为MnO2，同理可计算出B点对应的化学式为Mn3O4，故300℃—770℃范围内，发生反应的化学方程式为：3MnO2===Mn3O4+O2↑。