Question

【题目】一种利用钢铁厂烟灰(含Fe、Mn、SiO2，少量的Al2O3、CaO及MgO)制备MnCO3的工艺流程如下：

已知25℃时，下列难溶物的溶度积常数：

难溶物	CaF2	MgF2	MnCO3	Mn(OH)2
Ksp	4.0×10-11	6.4×10-9	2.2×10-11	1.9×10-13

回答下列问题：

(1)步骤(Ⅰ)浸渣的主要成分是______________(填化学式)。

(2)步骤(Ⅱ)加H2O2溶液时反应的离子方程式为________________；

加氨水调节pH沉铁铝时，步骤(Ⅲ)应调节的pH适宜范围为____________。(部分金属离子开始沉淀与沉淀完全的pH范围如下)

金属离子	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mn2+	Mg2+
沉淀pH范围	7.6～9.6	2.7~3.7	3.4~5.2	8.3~9.3	9.6～11.1

(3)步骤(Ⅳ)用KF溶液沉钙镁时，要使c(Ca2+)、c(Mg2+)均小于1×10-6mol·L-1，则应控制反应液中c(F-)>___________mol·L-1；反应MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常数K=___________。

(4)步骤Ⅴ沉锰时，在60℃按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2，溶液的pH对MnCO3产率的影响如图所示；pH=7，按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2，反应温度对MnCO3产率的影响如图所示。

①上图中，在pH<7.0时，pH越小产率____________(填“越高”或“越低”；在pH>7.0时，pH越大产率越低且纯度也降低，其原因是___________________。

②上图中，温度高于60℃时，温度越高产率越低且纯度也越低，主要原因是______________。

Answer 1

【答案】SiO2 2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O 5.2~8.3 0.08 160 越低 部分MnCO3转化为溶解度更小的Mn(OH)2 温度越高MnCO3水解程度越大[或温度升高，(NH4)2CO3和MnCO3也会热分解]

【解析】

由流程图可知，向钢铁厂烟灰中加入浓硫酸并加热，烟灰中Fe、Mn、Al2O3、CaO及MgO溶解，酸性氧化物SiO2不溶解，过滤得到浸液和浸渣；向浸液中加入双氧水溶液，将亚铁离子氧化为铁离子，加入氨水调节溶液pH，铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，加入氟化钾溶液，将钙离子和镁离子转化为氟化钙和氟化镁沉淀，过滤得到含锰离子的滤液和滤渣；向含锰离子的滤液中加入碳酸铵溶液，锰离子转化为碳酸锰沉淀，过滤、洗涤、干燥得到碳酸锰产品。

（1）步骤(Ⅰ)浸渣的主要成分是不与浓硫酸反应的酸性氧化物二氧化硅，故答案为：SiO2；

（2）步骤(Ⅱ)加H2O2溶液时，双氧水将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O；加入氨水的目的是调节溶液pH，使溶液中铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀而除去，而锰离子不能沉淀，由题给表格数据可知，应调节的pH适宜范围为5.2~8.3，故答案为：2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O；5.2~8.3；

（3）用KF溶液沉钙镁时，溶解度小的CaF2沉淀先生成，MgF2沉淀后生成，则c(Mg2+)小于1×10-6mol·L-1时，溶液中c(F-)>mol/L；反应MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常数K==160，故答案为：0.08；160；

(4) ①由图可知，在60℃按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2时，在pH<7.0时，pH越小MnCO3产率越小；由表格所给溶度积可知，pH>7.0时，溶液碱性增强， MnCO3部分会转化为溶解度更小的Mn(OH)2，导致产率和纯度降低，故答案为：越低；部分MnCO3转化为溶解度更小的Mn(OH)2；

②由图可知，60℃时，MnCO3产率最大，温度高于60℃时，温度升高MnCO3水解程度越大，(NH4)2CO3和MnCO3也会热分解，导致产率和纯度降低，故答案为：温度越高MnCO3水解程度越大[或温度升高，(NH4)2CO3和MnCO3也会热分解]。