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【题目】赤泥是铝土矿提取氧化铝过程中产生的固体废弃物,其主要成分为Fe2O3、Al2O3、CaO、TiO2、SiO2等,属于强碱性废渣。从赤泥中回收钛的工艺流程如下:

请回答以下问题:

(1)赤泥颗粒孔隙大,具有较大的比表面积,可作为废气SO2的吸收剂,研究表明该过程中主要利用了化学中和反应,其次是______

(2)赤泥加一定量水打散的目的是______

(3)已知高温烧结时,TiO2发生的反应是Na2CO3+TiO2 Na2TiO3+CO2↑,且Na2TiO3不溶于水。则Al2O3在烧结中发生的反应是______,水浸液里的主要溶质有______

(4)酸浸时,若使钛的浸出率(η%)达到90%,则根据右图工业上应采取的适宜条件是:酸浓度和液固比的取值分别约为____________。同时浸出温度过高可能造成的环境污染是__________

(5)TiO2在一定条件下可转化为TiCl4而获得精制提纯,控制TiCl4水解的条件还可以制得TiO2·xH2O纳米材料,该水解过程的化学方程式是______

(6)赤泥中含钛(以TiO2的质量分数表示)一般为4% ~12%,假设在上述工艺中钛的总回收率为75%,则1t赤泥获得TiO2的最大质量为______kg。

【答案】物理吸附 增大赤泥的接触面积,且打散后便于搅拌 Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2 Na2SiO3、NaAlO2 40% 6 会形成大量的酸雾 TiCl4+(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4HCl 90

【解析】

(1)赤泥颗粒孔隙大,具有较大的比表面积,吸附力强分析;

(2)水加入可使物质松散,扩大接触面积;

(3)在高温烧结时,Na2CO3TiO2Al2O3SiO2会发生反应,产生相应的盐,反应后向生成物中加水,其中可溶性的盐进入溶液中,难溶性的物质仍以固体形式存在;

(4)根据钛的浸出率与硫酸浓度与固液比例分析判断;根据高温盐分解产物的状态判断影响;

(5)根据TiCl4是强酸弱碱盐,在溶液中发生盐的水解反应分析;

(6)根据Ti元素守恒分析解答。

(1)赤泥颗粒孔隙大,具有较大的比表面积,可作为废气SO2的吸收剂,研究表明该过程中主要利用了赤泥含有大量的Fe2O3Al2O3CaOTiO2金属氧化物,可以与酸性氧化物SO2反应产生亚硫酸盐,其次就是其由于颗粒孔隙大,具有较大的比表面积,吸附力强;

(2)赤泥是固体物质,加一定量水打散,可以增大赤泥的接触面积,便于吸收SO2气体,且打散后便于搅拌,反应更容易进行;

(3)在高温烧结时,Na2CO3Al2O3发生反应:Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2Na2CO3SiO2发生反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2Na2CO3TiO2发生的反应是Na2CO3+TiO2 Na2TiO3+CO2,由于NaAlO2Na2TiO3都是可溶性的物质,而Na2TiO3是难溶性的物质,所以高温烧结后水浸反应产物,水浸液里的主要溶质有Na2SiO3NaAlO2

(4)根据图示中钛的浸出率与硫酸浓度与固液比例关系,画一条垂直于钛的浸出率90%的线,与硫酸浓度线的交点是40%,与液固比例线的交点是6,可确定需要硫酸酸浓度约为40%,液固比的取值约为6。同时若浸出温度过高,酸溶解钛的氧化物形成的盐可能会发生分解反应,产生酸性气体,污染环境,故浸取温度不宜过高;

(5)TiCl4是强酸弱碱盐,在溶液中Ti4+发生盐的水解反应,消耗水电离产生OH-,最终使溶液显酸性,根据题意可知水解产生TiO2·xH2OHCl,反应的化学方程式为TiCl4+(x+2) H2O=TiO2·xH2O↓+4HCl

(6)假设赤泥中TiO2的质量分数12%1t赤泥中TiO2的质量为m(TiO2)=1000kg×12%=120kg;由于在上述工艺中钛的总回收率为75%,所以实际最多可获得TiO2的质量为120kg×75%=90kg

练习册系列答案
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(1)①_______________________;②_______________________;③____________;④____________;⑤____________;⑥____________;⑦____________

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(3)除去SO42-的离子方程式______________________________________________

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②所取浓硫酸的体积为________ mL。

(2)写出上述装置中仪器的名称:②________________

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②CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) ΔH=a kJ/mol

查阅资料反应②中相关化学键键能数据如下表:

化学键

C≡O

H-H

H-C

H-O

E/(kJ/mol)

1072

436

414

465

(1)则反应②中a=______

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(3)图中低温时,随着温度升高催化剂的催化效率提高,但CO2的平衡转化率却反而降低,其原因是______

(4)250℃时,该反应的平衡常数K值为______

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时间/h

1

2

3

4

5

6

p/p

0.90

0.85

0.82

0.81

0.80

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