Question

【題目】由碳酸錳礦(主要成分MnCO3，還含有FeCO3、MnO2、Al2O3、SiO2等)中提取金屬錳的一種流程如下：

(1) “酸浸”過(guò)程中，提高錳元素浸出率的措施有：適當(dāng)提高酸的濃度、________________(填一種)。

(2) 保持其他條件不變，在不同溫度下對(duì)碳酸錳礦進(jìn)行酸浸，錳元素的浸出率隨時(shí)間變化如下圖所示，則酸浸的最佳溫度和時(shí)間分別是________。

　　

提取過(guò)程中相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH

金屬離子	Fe3＋	Fe2＋	Al3＋	Mn2＋
開(kāi)始沉淀的pH	1.8	5.8	3.0	7.8
完全沉淀的pH	3.2	8.8	5.0	9.8

(3) 已知“酸浸”后溶液中錳元素只以Mn2＋形式存在，則“酸浸”中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為________________________________________。

(4) 結(jié)合上表，“除鐵、鋁”時(shí)加入氨水控制反應(yīng)液pH的范圍為________。

(5) 若上述流程中加入的H2O2不足量，則待電解溶液中會(huì)有鐵元素殘余，進(jìn)而會(huì)影響最終錳的純度。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)方案加以驗(yàn)證待電解溶液中是否含有鐵元素： _________________。

(6) 以石墨為電極電解除鐵、鋁后的溶液獲得單質(zhì)錳。電解廢液中可循環(huán)利用的溶質(zhì)是________。

Answer 1

【答案】粉碎碳酸錳礦、適當(dāng)升溫、攪拌等(合理即可) 70 ℃、120 min 2FeCO3＋MnO2＋8H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O 5.0≤pH<7.8(或5.0～7.8) 取樣，向其中滴加H2O2后，再滴入KSCN溶液，若溶液變成血紅色，則待電解液中含有鐵元素 H2SO4

【解析】

錳礦物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解，SiO2不與硫酸反應(yīng)，MnCO3、FeCO3、Al2O3與硫酸反應(yīng)得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而濾液里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣Ⅰ中也無(wú)MnO2，過(guò)濾除去二氧化硅等不溶物，濾渣Ⅰ為SiO2等不溶物。向?yàn)V液中加入過(guò)氧化氫將Fe2+離子氧化為Fe3+離子，再加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH使Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，過(guò)濾分離，濾液中含有MnSO4、NH4SO4等，濾渣Ⅱ?yàn)?/span>Fe(OH)3、Al(OH)3，對(duì)濾液電解得到Mn，以此解答該題。

(1)為提高含錳礦物浸出速率，可采取的措施增大反應(yīng)物濃度、升高溫度、增大反應(yīng)物接觸面積等方法，如將礦石粉碎、升溫、適當(dāng)提高硫酸濃度、攪拌；

(2)浸出率越高越好，所用時(shí)間越少越好，根據(jù)圖知，溫度越高浸出率越高，但是溫度越高需要的能量越高，需要的溫度為70℃、時(shí)間為120min；

(3)已知“酸浸”后溶液中錳元素只以Mn2＋形式存在，則發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式是亞鐵離子或碳酸亞鐵被二氧化錳氧化生成鐵離子，同時(shí)生成錳離子，離子方程式為2FeCO3＋MnO2＋8H＋=2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O；

(4)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，pH為5.0時(shí)，Fe3+、Al3+沉淀完全，pH為7.8時(shí)Mn2＋開(kāi)始沉淀，所以pH的調(diào)控范圍為5.07.8(或5.0≤pH<7.8)；

(5)則待電解溶液中會(huì)有鐵元素殘余驗(yàn)證待電解溶液中是否含有鐵元素，檢驗(yàn)亞鐵離子即可，方法為：取樣，向其中滴加H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液變紅（或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若產(chǎn)生藍(lán)色沉淀），則待電解液中含有Fe元素；

(6)根據(jù)分析，濾液中含有MnSO4、NH4SO4的溶液，電解發(fā)生的反應(yīng)為：2 MnSO4+2H2O2Mn+O2↑+2H2SO4，硫酸可在該工藝流程中可循環(huán)利用。