Question

【题目】工业上用软锰矿及含锰废料（主要成分，含有少量等）与烟气脱硫进行联合处理并制备的流程如下：

25℃时，几种金属离子沉淀时的pH如下：

开始沉淀时pH	7.6	2.7	3.8	8.3	5.9
完全沉淀时pH	9.7	4.0	4.7	9.8	6.9

（1）在酸化还原步骤中所发生反应的离子方程式分别为_____________、_____________。

（2）沉淀1为_________（填化学式），用双氧水处理滤液1时，通常在40~55℃下进行原因是_____________。

（3）氧化反应过程中常会有一定量的气泡产生，可能的原因是___________，调节溶液的目的是_______________

（4）“净化”时，加入的作用是______________

（5）滤液3中除外，还含有少量。的溶解度曲线如图所示。据此判断，“操作I”应为___________、______、洗涤、干燥。

Answer 1

【答案】 温度过高双氧水分解，温度过低反应速率太慢 在以及氧化生成的Fe3+的催化作用下，双氧水发生分解，生成氧气 使转化为 将转化为沉淀 蒸发结晶 趁热过滤

【解析】

含锰废料中的杂质有氧化铁，氧化铝，氧化钙，氧化铜以及二氧化硅；以软锰矿为原料，通过与烟气脱硫联合处理的办法制备最终产品为硫酸锰，那么制备过程中的Fe，Al，Ca，Cu以及Si等杂质元素要除去；第一步将原料加硫酸处理，由于SiO2不溶于硫酸，所以沉淀1中必然含有SiO2，又因为CaSO4溶解性较差，所以沉淀1中也含有CaSO4；那么滤液中剩余的杂质元素为Al，Fe，Cu；由于第一步加酸溶解时，同时溶液中也在不断地通入还原性气体SO2，那么滤液1中的Fe元素有些为+2价；为了除Fe和Al，需要先用氧化剂将Fe元素全部转化为Fe3+后再调节溶液pH值，使Fe，Al转化为沉淀除去；为了避免引入新杂质，氧化剂选用的是双氧水，其性质不稳定受热易分解，因此要避免温度过高；这样，滤液2中的杂质元素仅为Cu，通过向滤液中加入(NH4)2S，将其转化为CuS沉淀即可除去；最终的滤液3中除硫酸锰外还含有少量的硫酸铵，结合二者溶解度随温度的变化曲线，通过蒸发结晶和趁热过滤的方法即可获得纯度较高的硫酸锰固体，再对其进行洗涤干燥即可。

(1)MnO2在酸化还原后转化为Mn2+，Fe2O3在酸化还原后转化为Fe2+，相关的离子方程式分别为：和；

(2)通过分析可知，沉淀1中有不与硫酸反应的SiO2以及溶解性较差的CaSO4；双氧水性质不稳定，受热易分解，因此用其处理滤液1时，温度控制在40至55℃之间是一方面是为了避免双氧水在较高温度下分解，另一方面也为了避免温度过低导致的反应速率过慢；

(3)氧化步骤会将Fe2+氧化为Fe3+，此外溶液中还存在Cu2+和Mn2+均能催化过氧化氢分解，产生氧气；通过分析可知，调节pH=5是为了将Fe3+和Al3+转化为沉淀除去；

(4)通过分析可知，净化步骤为了除去溶液中剩余的杂质Cu2+；通过加入硫化铵，可将Cu2+转化为CuS沉淀除去；

(5)由硫酸锰和硫酸铵的溶解度曲线可知，溶液温度高于30℃左右时，硫酸铵溶解度持续增大而硫酸锰的溶解度反而下降；因此为了从滤液3中获得纯度较高的硫酸锰，可采用蒸发结晶，趁热过滤的方式，再对过滤得到的硫酸锰进行洗涤，干燥即可。