Question

【题目】五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。可从含钒石煤灰渣中提钒，该试验工艺流程如下图：

表1 灰渣主要化学成分分析/%

V2O3	SiO2	Fe2O3	Al2O3	MgO	K2O	CaO	烧失量
1.26	55.71	6.34	7.54	1.26	3.19	1.41	20.55

表2中间盐主要成分分析/%（以氧化物形式表示其含量）

V2O3	Al2O3	Fe2O3	MgO	K2O
5.92	1.70	18.63	2.11	3.38

已知：

①石煤灰渣的化学成分分析见表1，中间盐的主要成分分析见表2。

②矿物焙烧过程中，若温度过高，易发生烧结，温度越高，烧结现象越严重。

③萃取反应可以表示为：VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+，(o)表示有机相

④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V02+要强。

请回答：

（1）提高浸取率的方法有____________，残渣的主要成分为______________________，

（2）经几级萃取后，有时候要适当加酸调整pH值，结合萃取反应方程式，说明原因_____________。反萃取操作应加入_____________试剂。

（3）中间盐溶解过程中，加铁粉的主要目的是_____________________。

（4）石煤中的钒以V(Ⅲ)为主，有部分V(Ⅳ)，很少见V(Ⅴ)。如图1和如图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响，由如图2可得最佳焙烧时间为______________h，由如图1可得最佳焙烧温度为800-850℃之间，焙烧温度在850℃以下时，钒浸出率随焙烧温度的上升几乎直线上升的原因是_________________________，当焙烧温度高超过850℃以后，再提高温度，浸出率反而下降的可能原因是：_________________________。

（5）反萃取液中的VO2+，加入氯酸钠后被氧化为VO2+，请写出该反应的离子方程式______________。然后用氨水调节pH到1.9～2.2沉钒，得多钒酸铵沉淀（化学式为(NH4)2V12O31·nH2O)，再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品，请写出此步反应的化学方程式____________________________。

Answer 1

【答案】加热，提高酸的浓度，粉碎等 SiO2 随着萃取过程的进行，水相中的pH值有所下降，所以经几级萃取后需要调整pH值 H2SO4溶液 将VO2+还原为VO2+ 1.5-2.0之间 850℃以前，随着焙烧温度的升高，反应速率加快，生成的高价钒化合物更多，因此浸出率上升。 850℃以后，样品发生烧结，温度越高，烧结现象越严重，从而使钒的浸出率下降。 3H2O+6VO2++ClO3-=Cl-+6VO2++6H+ (NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O

【解析】

（1）结合提高产率或原料利用率的角度分析；二氧化硅不溶于硫酸；

（2）结合萃取反应分析萃取后水相的pH值变化；反萃取操作是使该萃取反应平衡向逆反应方向移动；

（3）结合已知信息④分析，铁粉具有还原性；

（4）结合图像分析作答；850℃以前，温度可影响化学反应速率和原料利用率，提高浸出率；850℃以后结合给定信息②进行解答；

（5）依据氧化还原反应的规律书写该反应的离子方程式；铵盐焙烧过程中有氨气生成，根据题意分析作答。

（1）加热，提高酸的浓度，粉碎等均可提高浸取率；加硫酸酸浸后，二氧化硅不反应，则残渣的主要成分为SiO2，

故答案为：加热，提高酸的浓度，粉碎等；SiO2；

（2）萃取反应根据VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+可知，随着萃取过程的进行，水相中的氢离子浓度不断增大，pH值有所下降，所以经几级萃取后需要调整pH值，反萃取时，可加入适量硫酸溶液，使平衡向逆向移动，达到反萃取的目的，

故答案为：随着萃取过程的进行，水相中的pH值有所下降，所以经几级萃取后需要调整pH值 H2SO4溶液；

（3）由已知信息④可知，有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取VO2+要强，所以在中间盐溶液过程中，加入还原剂铁粉，可将VO2+还原为VO2+，提高原料利用率，便于后续萃取操作，

故答案为：将VO2+还原为VO2+；

（4）图2可得浸出率随着焙烧时间呈增大趋势，其最佳焙烧时间在1.5-2.0 h之间均可；浸出率随温度的变化曲线如图1，其原因是，850℃以前，随着焙烧温度的升高，反应速率加快，生成的高价钒化合物更多，因此浸出率上升；850℃以后，样品发生烧结，温度越高，烧结现象越严重，从而使钒的浸出率下降，

故答案为：1.5-2.0之间；850℃以前，随着焙烧温度的升高，反应速率加快，生成的高价钒化合物更多，因此浸出率上升；850℃以后，样品发生烧结，温度越高，烧结现象越严重，从而使钒的浸出率下降；

（5）反萃取液中的VO2+，加入氯酸钠后被氧化为VO2+，则NaClO3被还原为Cl-，根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒，反应的离子方程式为6VO2++ClO3-+3H2O=6VO2++Cl-+6H+；(NH4)2V12O31·nH2O再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品，同时会有氨气与水生成，其化学方程式为：(NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O，

故答案为：6VO2++ClO3-+3H2O=6VO2++Cl-+6H+；(NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O。