Question

【題目】氯化銨焙燒菱錳礦制備高純度碳酸錳的工藝流程如下：

已知：①菱錳礦石主要成分是MnCO3，還含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素；

②相關金屬離子[c(Mn+)=0.1 mol·L1]形成氫氧化物沉淀的pH如下：

金屬離子	Al3+	Fe3+	Fe2+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的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

回答下列問題：

(1)“焙燒”時主要反應的化學方程式為__________________。

(2)分析下列圖1、圖2、圖3，氯化銨焙燒菱鎂礦的最佳條件是：_________________。

(3)浸出液“凈化除雜”過程如下：首先加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，反應的離子方程式為________________________；然后調節溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全。

(4)碳化結晶時，發生反應的離子方程式為___________，碳化結晶過程中不能用碳酸銨溶液代替碳酸氫銨溶液可能的原因是___________________。

(5)流程中能循環利用的固態物質是____________。

Answer 1

【答案】MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O 500℃ m(NH4Cl)∶m(錳礦粉)=1.10 60min MnO2＋2Fe2＋＋4H＋＝Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O Mn2＋＋2HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O 碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH-)較大，易產生Mn(OH)2沉淀 NH4Cl

【解析】

根據流程圖及題干信息菱錳礦（主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素）與氯化銨混合研磨，焙燒：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，浸出后Fe、Al、Ca、Mg得到相應的離子，浸出液的成分為：Mn2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，再調節溶液的pH為5.2≤pH＜8.8將Al3+、Fe3+變為沉淀除去，進一步除去Mg2+、Ca2+，得到的凈化液主要含有Mn2+，加入碳酸氫銨發生反應：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O，過濾，濾餅干燥得到MnCO3產品，濾液的主要成分為氯化銨，蒸發結晶后可以循環使用，據此分析作答。

（1）由分析可知，菱錳礦與氯化銨混合研磨，焙燒，主要發生方程式為：MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O，故答案為：MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

（2）由圖1可知，500℃之前的浸出率較低，再升高溫度，浸出率變化很小，故氯化銨焙燒菱錳礦的最佳溫度是500℃；由圖2可知，氯化銨與菱鎂礦粉的質量之比為1.10時浸出率較高，再增加氯化銨的用量，浸出率升高不明顯，故氯化銨與菱鎂礦粉的最佳質量之比為1.10；由圖3可知焙燒60min，浸出率高，再增加焙燒時間，浸出率升高不明顯，焙燒的最佳時間為60min；故答案為：500℃；1.10；60min；

（3）凈化除雜中加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，反應的離子方程式為：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，故答案為：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；

（4）由流程分析可知，碳化結晶是指錳離子與碳酸氫銨反應生成碳酸錳、二氧化碳和水，離子方程式為：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH-)較大，易產生Mn(OH)2沉淀，所以不能用碳酸銨溶液代替碳酸氫銨溶液，故答案為：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O；碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH-)較大，易產生Mn(OH)2沉淀；

（5）由流程分析可知，最后濾液的主要成分為氯化銨，蒸發結晶后可以循環使用，故答案為：NH4Cl。