Question

【题目】工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示：

已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。

③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

（1）结合图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、、焙烧时间依次分别为_____、_____、_____。

（2）浸出液“净化除杂”过程如图：

①已知几种氧化剂氧化能力的强弱顺序为：H2O2＞Cl2＞MnO2＞Fe3+，则氧化剂X宜选择__(填字母)。

A．H2O2 B．Cl2 C．MnO2

②调节pH时，pH可取的范围为______。

（3）“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为____。

（4）上述流程中可循环使用的物质是_____。

Answer 1

【答案】500℃ 1.10 60min C 4.7≤pH＜8.1 Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+CO2↑+H2O NH4Cl

【解析】

根据流程：将菱镁矿粉(主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)与氯化铵混合研磨后焙烧：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，浸出，浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+：MnO2+2Fe2++4H+＝Mn2++2Fe3++2H2O，然后调节溶液pH范围4.7≤pH＜8.1使Fe3+，A13+沉淀完全，再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，过滤除去Fe(OH)3、Al(OH)3、CaF2、MgF2，净化液的成分主要含有MnCl2，加入碳酸氢铵碳化结晶，发生反应：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O，过滤，得到MnCO3产品和滤液NH4Cl，将滤液NH4Cl蒸发结晶得到NH4Cl晶体可循环使用，据此分析作答。

(1)由图可知，锰的浸出率随着焙烧温度、氯化铵与菱镁矿粉的质量之比、焙烧时间增大而提高，到500℃、1.10、60min达到最高，再增大锰的浸出率变化不明显，故氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是焙烧温度500℃，氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为1.10，焙烧时间为60min；

(2)①对浸出液净化除杂时，需要将Fe2+转化为Fe3+，根据氧化剂氧化能力的强弱顺序为H2O2＞Cl2＞MnO2＞Fe3+，则应选择加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+，而不能用H2O2或Cl2，因为H2O2或Cl2除能氧化Fe2+，还能氧化Mn2+，故答案为C；

②已知：Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1，调节溶液pH使Fe3+，A13+沉淀完全，同时不使Mn2+沉淀，故pH范围为：4.7≤pH＜8.1；

(3)净化液的成分主要含有MnCl2，碳化结晶时，发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(4)根据分析和流程可知，可以循环使用的固体物质是NH4Cl。