Question

4．粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物．我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO₂、Al₂O₃、CaO等．一種利用粉煤灰制取氧化鋁的工藝流程如下：

（1）粉煤灰研磨的目的是增大反應物的接觸面積，提高浸取速率和浸出率．
（2）第1次過濾時濾渣的主要成分有SiO₂和CaSO₄（填化學式，下同），第3次過濾時，濾渣的成分的是Al（OH）₃．
（3）在104℃用硫酸浸取時，鋁的浸取率與時間的關系如下圖1，適宜的浸取時間為2h；鋁的浸取率與“n（助溶劑）/n（粉煤灰）”的關系如圖2所示，從浸取率角度考慮，三種助溶劑NH₄F、KF及其NH₄F與KF的混合物，在n（助溶劑）/n（粉煤灰）相同時，浸取率最高的是NH₄F（填化學式）；用含氟的化合物作這種助溶劑缺點是生產過程中會產生污染環境的HF和NH₃等（舉一例）．

（4）流程中循環使用的物質有H₂SO₄和NH₄Cl （填化學式）．
（5）用鹽酸溶解硫酸鋁晶體，能夠發生的原因是通入氯化氫使A1C1₃•6H₂0達到飽和，而硫酸鋁不飽和．
（6）用粉煤灰制取含鋁化合物的主要意義是使廢棄固體資源化利用．

Answer 1

分析 粉煤灰的主要氧化物組成為SiO₂、Al₂O₃、CaO等，加入硫酸溶液使Al₂O₃溶解，CaO通過反應生成CaSO₄，CaSO₄微溶，大部分CaSO₄和SiO₂一起成為濾渣，過濾后將濾液冷卻結晶得Al₂（SO₄）₃，用鹽酸溶解Al₂（SO₄）₃，再通入氯化氫得AlCl₃•6H₂O晶體和硫酸溶液，過濾得硫酸溶液可以再循環利用，AlCl₃•6H₂O晶體溶解后得氯化鋁溶液中通入氨氣得氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液，氯化銨溶液可以循環利用，氫氧化鋁沉淀受熱分解生成Al₂O₃，據此答題．

解答 解：粉煤灰的主要氧化物組成為SiO₂、Al₂O₃、CaO等，加入硫酸溶液使Al₂O₃溶解，CaO通過反應生成CaSO₄，CaSO₄微溶，大部分CaSO₄和SiO₂一起成為濾渣，過濾后將濾液冷卻結晶得Al₂（SO₄）₃，用鹽酸溶解Al₂（SO₄）₃，再通入氯化氫得AlCl₃•6H₂O晶體和硫酸溶液，過濾得硫酸溶液可以再循環利用，AlCl₃•6H₂O晶體溶解后得氯化鋁溶液中通入氨氣得氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液，氯化銨溶液可以循環利用，氫氧化鋁沉淀受熱分解生成Al₂O₃，
（1）粉煤灰研磨的目的是增大反應物的接觸面積，提高浸取速率和浸出率，
故答案為：增大反應物的接觸面積，提高浸取速率和浸出率；
（2）通過上面的分析可知，第1次過濾時濾渣的主要成分有SiO₂和 CaSO₄，第3次過濾時濾渣的成分是Al（OH）₃，
故答案為：SiO₂； CaSO₄；Al（OH）₃；
（3）根據圖1可知，2h時鋁的浸出率達到最大值，所以適宜的浸取時間為2h，根據圖2可知，在$\frac{n（助溶劑）}{n（粉煤灰）}$相同時，NH₄F助溶劑對鋁的浸出率最高，用含氟的化合物作這種助溶劑的缺點是生產過程中會產生污染環境的HF和NH₃等，
故答案為：2； NH₄F；生產過程中會產生污染環境的HF和NH₃等；
（4）根據上面的分析可知，流程中循環使用的物質有H₂SO₄和NH₄Cl，
故答案為：H₂SO₄；NH₄Cl；
（5）用鹽酸溶解硫酸鋁晶體，再通入HCl氣體，析出A1C1₃•6H₂0，該過程能夠發生的原因是通入氯化氫使A1C1₃•6H₂0達到飽和，而硫酸鋁不飽和，便于A1C1₃•6H₂0析出，
故答案為：通入氯化氫使A1C1₃•6H₂0達到飽和，而硫酸鋁不飽和；
（6）用粉煤灰制取含鋁化合物的主要意義在于使廢棄固體資源化利用，
故答案為：使廢棄固體資源化利用．

點評 本題以教材重要基本理論和原理為知識平臺，考查化學反應基本原理、物質的性質等在化學與技術中的綜合應用，解題關鍵在于找準中間產品和相互交叉的流水生產線，在分析過程中，抓住中間產品的關聯作用，逐一破解，難度中等．