Question

18．钒（V）是重要的战略资源，广泛应用于钢铁、航空、化工等行业．石煤是低品位的含钒矿石，其中钒元素主要以VO₂、V₂O₃、V₂O₅形式存在．工业上以石煤为原料，采用钙化焙烧提钒和钠化焙烧提钒的部分工艺如下：

（注：固体1和溶液1含钒物质的主要成分相同．）
回答下列问题：
（1）“钙化焙烧提钒”工艺中，可能用到的工业设备有AB．
A．离心机        B．焙烧炉       C．离子交换柱        D．分馏塔
（2）“钙化焙烧提钒”工艺中，VO₂、V₂O₃均被氧化为V₂O₅，再与CaO反应．
①由V₂O₃得到Ca（VO₃）₂的化学方程式为V₂O₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$V₂O₅，V₂O₅+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ca（VO₃）₂．在此生产工艺中，CaO可用CaCO₃替代．
②“浸取”操作中反应的离子方程式为Ca（VO₃）₂+CO₃^2-=CaCO₃↓+2VO₃^-．[已知Ca（VO₃）₂在水中的溶解度很小]
③NH₄VO₃焙烧时产生的碱性气体A可循环利用，具体措施是用盐酸吸收碱性气体生成氯化铵用于中性沉钒．
（3）“钠化焙烧提钒”工艺中，固体1的含钒物质化学式为NaVO₃．其焙烧过程需通入空气，反应的气体产物Cl₂、HCl会污染环境，可用NaOH（填化学式）吸收以达到循环利用的目的．
（4）以V₂O₅为原料，通过铝热反应冶炼钒，化学方程式为10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．某石煤中矾元素的含量为1.2%，使用“钠化焙烧提钒”工艺，矾的总回收率为77%，则10t石煤理论上最多可以生产0.092t金属钒．（计算结果保留2位有效数字）

Answer 1

分析 石煤是低品位的含钒矿石，其中钒元素主要以VO₂、V₂O₃、V₂O₅形式存在，采用钙化焙烧提钒和钠化焙烧提钒的部分工艺为，石煤加入氧化钙钙化焙烧，加入碳酸钠溶液浸取得到碳酸钙和溶液1，溶液1处理后加入氯化铵中性沉钒，得到NH₄VO₃，焙烧得到V₂O₅和减小气体氨气，电解五氧化二钒得到金属钒，加入氯化钠进行石煤钠化焙烧得到氯气、氯化氢和固体1为NaVO₃，加入氯化铵沉钒焙烧得到V₂O₅，电解得到金属钒，
（1）“钙化焙烧提钒”工艺中需要焙烧炉和分离装置离心机；
（2）①由V₂O₃得到Ca（VO₃）₂的反应是三氧化二钒和氧气反应生成五氧化二钒，五氧化二钒和氧化钙反应生成Ca（VO₃）₂；氧化钙可以利用碳酸钙高温分解生成；
②“浸取”操作中反应是利用加入的碳酸钠和Ca（VO₃）₂反应生成碳酸钙沉淀和溶液1，Ca（VO₃）₂在水中的溶解度很小书写离子方程式写化学式；
③NH₄VO₃焙烧时产生的碱性气体A为氨气，可以利用氨气和氯化氢气体反应生成氯化铵可循环利用；
（3）“钠化焙烧提钒”工艺中，固体1和溶液1含钒物质的主要成分相同，固体1的含钒物质为NaVO₃，反应的气体产物Cl₂、HCl会污染环境，可以用氢氧化钠溶液吸收；
（4）以V₂O₅为原料，通过铝热反应冶炼钒是利用铝还原V₂O₅生成钒单质和氧化铝，依据钒元素的利用率和元素计算．

解答 解：石煤是低品位的含钒矿石，其中钒元素主要以VO₂、V₂O₃、V₂O₅形式存在，采用钙化焙烧提钒和钠化焙烧提钒的部分工艺为，石煤加入氧化钙钙化焙烧，加入碳酸钠溶液浸取得到碳酸钙和溶液1，溶液1处理后加入氯化铵中性沉钒，得到NH₄VO₃，焙烧得到V₂O₅和减小气体氨气，电解五氧化二钒得到金属钒，加入氯化钠进行石煤钠化焙烧得到氯气、氯化氢和固体1为NaVO₃，加入氯化铵沉钒焙烧得到V₂O₅，电解得到金属钒，
（1）“钙化焙烧提钒”工艺中需要焙烧炉和分离装置离心机，不需要离子交换和蒸馏，故答案为：AB；
（2）①由V₂O₃得到Ca（VO₃）₂的反应是三氧化二钒和氧气反应生成五氧化二钒，五氧化二钒和氧化钙反应生成Ca（VO₃）₂，反应的化学方程式为：V₂O₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$V₂O₅，V₂O₅+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ca（VO₃）₂，氧化钙可以利用碳酸钙高温分解生成，在此生产工艺中，CaO可用CaCO₃代替，
故答案为：V₂O₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$V₂O₅，V₂O₅+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ca（VO₃）₂，CaCO₃；
②“浸取”操作中反应是利用加入的碳酸钠和Ca（VO₃）₂反应生成碳酸钙沉淀和溶液1，Ca（VO₃）₂在水中的溶解度很小书写离子方程式写化学式，离子方程式为：Ca（VO₃）₂+CO₃^2-=CaCO₃↓+2VO₃^-，
故答案为：Ca（VO₃）₂+CO₃^2-=CaCO₃↓+2VO₃^-；
③NH₄VO₃焙烧时产生的碱性气体A为氨气，可以利用氨气和氯化氢气体反应生成氯化铵可循环利用，具体措施是：用盐酸吸收碱性气体生成氯化铵用于中性沉钒，
故答案为：用盐酸吸收碱性气体生成氯化铵用于中性沉钒；
（3）固体1和溶液1含钒物质的主要成分相同，固体1的含钒物质为NaVO₃，反应的气体产物Cl₂、HCl会污染环境，可以用氢氧化钠溶液吸收，
故答案为：NaVO₃，NaOH；
（4）以V₂O₅为原料，通过铝热反应冶炼钒是利用铝还原V₂O₅生成钒单质和氧化铝，反应的化学方程式为：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，依据钒元素的利用率和元素计算，某石煤中矾元素的含量为1.2%，使用“钠化焙烧提钒”工艺，矾的总回收率为77%，则10t石煤理论上最多可以生产钒的质量=10t×1.2%×77%=0.0924t≈0.092t，
故答案为：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，0.092．

点评 本题考查了物质分离提纯的生成流程分析，主要是信息利用和物质性质的理解应用，注意反应产物的判断和化学方程式书写，题目难度中等．