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菱锰矿石主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素；

②常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11

③相关金属离子c(Mn+)=0.1mol/L形成氯氧化物沉淀时的pH如下：

回答下列问题：

金属离子	Al3+	Fe3+	Fe2+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
开始沉淀的pH	3.8	1.5	6.3	10.6	8.8	9.6
沉淀完全的pH	5.2	2.8	8.3	12.6	10.8	11.6

(1)“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为______________________。

(2)分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是：

焙烧温度_________，氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为__________，焙烧时间为___________.

(3)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________；然后调节溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全，此时溶液的pH范围为____。再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，当c(Ca2+)=1.0×10-5mol/L时， c(Mg2+)=______mol/L

(4)碳化结晶时，发生反应的离子方程式为_____________________________________________。

(5)流程中能循环利用的固态物质是____________。

Answer 1

【答案】MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O 500℃ 1.10 60min MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 5.2≤pH<8.8 5×10-6 Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O NH4Cl

【解析】

根据流程，将菱镁矿粉(主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)与NH4Cl混合研磨后焙烧，发生MnCO3＋2NH4Cl MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O，浸出，浸出液中含有Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋，加入MnO2将Fe2＋氧化成Fe3＋：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O，然后调节pH范围是5.2≤pH<8.8，使 Fe3＋、Al3＋以氢氧化物的形式完全沉淀，再加入NH4F沉淀Ca2＋、Mg2＋，过滤，净化液成分主要是MnCl2，加入碳酸氢铵碳化结晶，发生反应：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，过滤，得到MnCO3产品和滤液NH4Cl，将滤液NH4Cl蒸发结晶得到NH4Cl可循环使用，据此分析作答；

（1）焙烧是MnCO3与NH4Cl的反应，根据流程图，得到产物是CO2和NH3，根据元素守恒，因此方程式为MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

答案为MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

（2）根据图1，温度在500℃时浸出率较高，如果再升高温度，浸出率增加不大，提高成本，根据图2，氯化铵与菱镁矿质量比为1.10时为最佳，根据图3，在60min时浸出率为最佳；

答案为500℃；1.10；60min；

（3）MnO2将Fe2＋氧化成Fe3＋，本身被还原为Mn2＋，依据化合价升降法进行配平，即离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；调节pH使Fe3＋、Al3＋沉淀完全，但不能影响Mn2＋，因此pH控制在5.2≤pH<8.8；加入NH4F，除去Mg2＋、Ca2＋，当溶液中c(Ca2＋)=1.0×10－5mol·L－1时，溶液中c2(F－)==1.46×10－5mol·L－1，则溶液c(Mg2＋)=≈5×10－6mol·L－1；

答案为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；5.2≤pH<8.8；5×10－6mol·L－1；

（4）根据流程图，碳化结晶得到MnCO3，“碳化结晶”原料是Mn2＋和NH4HCO3，产物是MnCO3，该反应中没有化合价变化，不属于氧化还原反应，即离子方程式为Mn2＋＋HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；

答案为Mn2＋＋HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；

（5）“碳化结晶”后过滤，得到MnCO3产品和滤液NH4Cl，将滤液NH4Cl蒸发结晶得到NH4Cl可循环使用；

答案为NH4Cl。