Question

【題目】一種以含鎳廢料（含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2）為原料制取醋酸鎳的工藝流程圖如下：

相關離子生成氫氧化物的pH和相關物質的溶解性如下表：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH	物質	20℃時溶解性（H2O）
Fe3+	1.1	3.2	CaSO4	微溶
Fe2+	5.8	8.8	NiF	可溶
A13+	3.0	5.0	CaF2	難溶
Ni2+	6.7	9.5	NiCO3	Ksp=9.60×10-6

（1）調節pH步驟中，溶液pH的調節范圍是______________。

（2）濾渣1和濾渣3主要成分的化學式分別是_____________、__________________。

（3）酸浸過程中，1 molNiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體。寫出該反應的化學方程式________________________________。

（4）沉鎳過程中，若c(Ni2+)=2.0mol·L-1，欲使100mL該濾液中的Ni2+沉淀完全[c(Ni2+)≤10-5 mol·L-1，則需要加入Na2CO3固體的質量最少為_________g。（保留小數點后1位有效數字）。

（5）保持其他條件不變，在不同溫度下對含鎳廢料進行酸浸，鎳浸出率隨時間變化如圖。酸浸的最佳溫度與時間為_______________。

Answer 1

【答案】 5.0≤pH<6.7 SiO2、CaSO4 CaF2 NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O 31.4g 70℃和120min

【解析】含鎳廢料（含 NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2）粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，過濾，濾渣1為二氧化硅和硫酸鈣，浸出液含有Ni2+、Fe2+、Al3+、Ca2+，加H2O2把亞鐵離子氧化為Fe3+，然后加NaOH調節pH，使Al3+、Fe3+轉化為沉淀，同時Ni2+不能轉化為沉淀，所以調節pH的范圍5.0≤pH＜6.7，過濾，濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁，濾液中含有Ni2+、Ca2+，再加氟化銨，生成CaF2沉淀，過濾，濾渣3為CaF2，濾液中加碳酸鈉生成NiCO3沉淀，過濾，濾渣中加醋酸溶解，生成（CH3COO）2Ni溶液，然后蒸發濃縮、冷卻結晶得到（CH3COO）2Ni固體；
（1）調節pH使Al3+、Fe3+轉化為沉淀，根據表中的數據分析；
（2）根據流程分析；
（3）酸浸過程中，1mol NiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體，則生成NO和SO2；
（4）已知NiCO3的Ksp=9.6×10-6，使100ml該濾液中的Ni2+沉淀物完全，即[c（Ni2+）≤10-5molL-1]，求出碳酸根離子的濃度，然后求出其物質的量和質量；
（5）根據圖象中不同溫度、時間下酸浸出率分析。

根據以上分析，

（1）調節pH使Al3+、Fe3+轉化為沉淀，同時Ni2+不能轉化為沉淀，根據表中的數據可知，調節pH的范圍為5.0≤pH＜6.7；
故答案為：5.0≤pH＜6.7；
（2）由流程分析可知，濾渣1為二氧化硅和硫酸鈣，濾渣3為CaF2；
故答案為：SiO2、CaSO4；CaF2；
（3）酸浸過程中，1mol NiS被硝酸氧化失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體，則生成NO和SO2，其反應的化學方程式為：NiS+H2SO4+2HNO3═NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O；
故答案為：NiS+H2SO4+2HNO3═NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O；
（4）已知NiCO3的Ksp=9.6×10-6，使100ml該濾液中的Ni2+沉淀物完全，即[c（Ni2+）≤10-5molL-1]，
則溶液中c（CO32-）==mol/L=0.96mol/L，與Ni2+反應的n（CO32-）=cV=2mol/L×0.1L=0.2mol，
則加入的碳酸鈉的總物質的量n（CO32-）=0.2mol+0.96mol/L×0.1L=0.296mol，
所以m=nM=0.296mol×106g/mol=31.4g，
故答案為：31.4；
（5）由圖象可知，為70℃、120min時，酸浸出率最高，

故答案為：70℃和120min。