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：

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

回答下列问题：

(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，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_________。

(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______；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 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)与氯化铵混合研磨后焙烧：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，浸出，浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，然后调节溶液pH范围5.2≤pH＜8.8使Fe3+、A13+沉淀完全，再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，过滤除去Fe(OH)3、Al(OH)3、CaF2、MgF2，净化液的成分主要含有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晶体可循环使用，据此分析作答。

(1)根据流程，菱镁矿粉与氯化铵混合研磨后焙烧得到氨气、二氧化碳和Mn2+，主要化学反应方程式为：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；

(2)由图可知，锰的浸出率随着焙烧温度、氯化铵与菱镁矿粉的质量之比、焙烧时间增大而提高，到500℃、1.10、60min达到最高，再增大锰的浸出率变化不明显，故氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是焙烧温度500℃，氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为1.10；

(3)浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；然后调节溶液pH使Fe3+、A13+沉淀完全，同时不使Mn2+沉淀，根据表可知调节溶液pH范围5.2≤pH＜8.8，再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，已知：CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11，当c(Ca2+)=1.0×10-5mo1L-1时，c2(F-)==1.46×10-5mol/L，c(Mg2+)==5.0×10-6mol/L；

(4)净化液的成分主要含有MnCl2，碳化结晶时，发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(5)根据分析和流程可知，可以循环使用的固体物质是NH4Cl。