Question

【題目】一種利用鋼鐵廠煙灰(含Fe、Mn、SiO2，少量的Al2O3、CaO及MgO)制備MnCO3的工藝流程如下：

已知25℃時，下列難溶物的溶度積常數：

難溶物	CaF2	MgF2	MnCO3	Mn(OH)2
Ksp	4.0×10-11	6.4×10-9	2.2×10-11	1.9×10-13

回答下列問題：

(1)步驟(Ⅰ)浸渣的主要成分是______________(填化學式)。

(2)步驟(Ⅱ)加H2O2溶液時反應的離子方程式為________________；

加氨水調節pH沉鐵鋁時，步驟(Ⅲ)應調節的pH適宜范圍為____________。(部分金屬離子開始沉淀與沉淀完全的pH范圍如下)

金屬離子	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mn2+	Mg2+
沉淀pH范圍	7.6～9.6	2.7~3.7	3.4~5.2	8.3~9.3	9.6～11.1

(3)步驟(Ⅳ)用KF溶液沉鈣鎂時，要使c(Ca2+)、c(Mg2+)均小于1×10-6mol·L-1，則應控制反應液中c(F-)>___________mol·L-1；反應MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常數K=___________。

(4)步驟Ⅴ沉錳時，在60℃按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2，溶液的pH對MnCO3產率的影響如圖所示；pH=7，按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2，反應溫度對MnCO3產率的影響如圖所示。

①上圖中，在pH<7.0時，pH越小產率____________(填“越高”或“越低”；在pH>7.0時，pH越大產率越低且純度也降低，其原因是___________________。

②上圖中，溫度高于60℃時，溫度越高產率越低且純度也越低，主要原因是______________。

Answer 1

【答案】SiO2 2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O 5.2~8.3 0.08 160 越低 部分MnCO3轉化為溶解度更小的Mn(OH)2 溫度越高MnCO3水解程度越大[或溫度升高，(NH4)2CO3和MnCO3也會熱分解]

【解析】

由流程圖可知，向鋼鐵廠煙灰中加入濃硫酸并加熱，煙灰中Fe、Mn、Al2O3、CaO及MgO溶解，酸性氧化物SiO2不溶解，過濾得到浸液和浸渣；向浸液中加入雙氧水溶液，將亞鐵離子氧化為鐵離子，加入氨水調節溶液pH，鐵離子和鋁離子轉化為氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，加入氟化鉀溶液，將鈣離子和鎂離子轉化為氟化鈣和氟化鎂沉淀，過濾得到含錳離子的濾液和濾渣；向含錳離子的濾液中加入碳酸銨溶液，錳離子轉化為碳酸錳沉淀，過濾、洗滌、干燥得到碳酸錳產品。

（1）步驟(Ⅰ)浸渣的主要成分是不與濃硫酸反應的酸性氧化物二氧化硅，故答案為：SiO2；

（2）步驟(Ⅱ)加H2O2溶液時，雙氧水將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O；加入氨水的目的是調節溶液pH，使溶液中鐵離子和鋁離子轉化為氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀而除去，而錳離子不能沉淀，由題給表格數據可知，應調節的pH適宜范圍為5.2~8.3，故答案為：2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O；5.2~8.3；

（3）用KF溶液沉鈣鎂時，溶解度小的CaF2沉淀先生成，MgF2沉淀后生成，則c(Mg2+)小于1×10-6mol·L-1時，溶液中c(F-)>mol/L；反應MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常數K==160，故答案為：0.08；160；

(4) ①由圖可知，在60℃按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2時，在pH<7.0時，pH越小MnCO3產率越小；由表格所給溶度積可知，pH>7.0時，溶液堿性增強， MnCO3部分會轉化為溶解度更小的Mn(OH)2，導致產率和純度降低，故答案為：越低；部分MnCO3轉化為溶解度更小的Mn(OH)2；

②由圖可知，60℃時，MnCO3產率最大，溫度高于60℃時，溫度升高MnCO3水解程度越大，(NH4)2CO3和MnCO3也會熱分解，導致產率和純度降低，故答案為：溫度越高MnCO3水解程度越大[或溫度升高，(NH4)2CO3和MnCO3也會熱分解]。