Question

【題目】工業上用軟錳礦及含錳廢料（主要成分，含有少量等）與煙氣脫硫進行聯合處理并制備的流程如下：

25℃時，幾種金屬離子沉淀時的pH如下：

開始沉淀時pH	7.6	2.7	3.8	8.3	5.9
完全沉淀時pH	9.7	4.0	4.7	9.8	6.9

（1）在酸化還原步驟中所發生反應的離子方程式分別為_____________、_____________。

（2）沉淀1為_________（填化學式），用雙氧水處理濾液1時，通常在40~55℃下進行原因是_____________。

（3）氧化反應過程中常會有一定量的氣泡產生，可能的原因是___________，調節溶液的目的是_______________

（4）“凈化”時，加入的作用是______________

（5）濾液3中除外，還含有少量。的溶解度曲線如圖所示。據此判斷，“操作I”應為___________、______、洗滌、干燥。

Answer 1

【答案】 溫度過高雙氧水分解，溫度過低反應速率太慢 在以及氧化生成的Fe3+的催化作用下，雙氧水發生分解，生成氧氣 使轉化為 將轉化為沉淀 蒸發結晶 趁熱過濾

【解析】

含錳廢料中的雜質有氧化鐵，氧化鋁，氧化鈣，氧化銅以及二氧化硅；以軟錳礦為原料，通過與煙氣脫硫聯合處理的辦法制備最終產品為硫酸錳，那么制備過程中的Fe，Al，Ca，Cu以及Si等雜質元素要除去；第一步將原料加硫酸處理，由于SiO2不溶于硫酸，所以沉淀1中必然含有SiO2，又因為CaSO4溶解性較差，所以沉淀1中也含有CaSO4；那么濾液中剩余的雜質元素為Al，Fe，Cu；由于第一步加酸溶解時，同時溶液中也在不斷地通入還原性氣體SO2，那么濾液1中的Fe元素有些為+2價；為了除Fe和Al，需要先用氧化劑將Fe元素全部轉化為Fe3+后再調節溶液pH值，使Fe，Al轉化為沉淀除去；為了避免引入新雜質，氧化劑選用的是雙氧水，其性質不穩定受熱易分解，因此要避免溫度過高；這樣，濾液2中的雜質元素僅為Cu，通過向濾液中加入(NH4)2S，將其轉化為CuS沉淀即可除去；最終的濾液3中除硫酸錳外還含有少量的硫酸銨，結合二者溶解度隨溫度的變化曲線，通過蒸發結晶和趁熱過濾的方法即可獲得純度較高的硫酸錳固體，再對其進行洗滌干燥即可。

(1)MnO2在酸化還原后轉化為Mn2+，Fe2O3在酸化還原后轉化為Fe2+，相關的離子方程式分別為：和；

(2)通過分析可知，沉淀1中有不與硫酸反應的SiO2以及溶解性較差的CaSO4；雙氧水性質不穩定，受熱易分解，因此用其處理濾液1時，溫度控制在40至55℃之間是一方面是為了避免雙氧水在較高溫度下分解，另一方面也為了避免溫度過低導致的反應速率過慢；

(3)氧化步驟會將Fe2+氧化為Fe3+，此外溶液中還存在Cu2+和Mn2+均能催化過氧化氫分解，產生氧氣；通過分析可知，調節pH=5是為了將Fe3+和Al3+轉化為沉淀除去；

(4)通過分析可知，凈化步驟為了除去溶液中剩余的雜質Cu2+；通過加入硫化銨，可將Cu2+轉化為CuS沉淀除去；

(5)由硫酸錳和硫酸銨的溶解度曲線可知，溶液溫度高于30℃左右時，硫酸銨溶解度持續增大而硫酸錳的溶解度反而下降；因此為了從濾液3中獲得純度較高的硫酸錳，可采用蒸發結晶，趁熱過濾的方式，再對過濾得到的硫酸錳進行洗滌，干燥即可。