Question

【题目】某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。已知FeCO3、MnCO3难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，主要流程如下：

(1)为提高含锰矿物浸出速率，可采取的措施有______________(至少写出两条)。

(2)设备1中反应后，滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣1中也无MnO2。设备1中发生氧化还原反应的离子方程式是______________________________________。

(3)设备2中加足量双氧水的作用是________________________。设计实验方案检验滤液2中是否存在Fe2+________________________。

(4)已知金属离子的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表，加氨水调节溶液的pH等于6，滤渣2的主要成分为_____________ (填化学式)。

金属离子	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe3+	1.8	3.2
Al3+	3.0	5.0
Fe2+	5.8	8.8
Mn2+	7.8	9.8

(5)设备4中加入过量氢氧化钠溶液，用离子方程式表示发生的反应______________。

(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含锰矿物进行酸浸，锰浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、______min。

Answer 1

【答案】将矿石粉碎、升温、适当提高硫酸浓度、搅拌 2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2CO2↑＋4H2O 将Fe2+完全氧化为Fe3+ 取少量滤液2于试管中，加入几滴KSCN溶液，溶液不显红色，再滴入适量氯水，若溶液变红，则有Fe2＋，否则没有Fe2＋（或加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，若产生蓝色沉淀，则有Fe2＋，否则没有Fe2＋ Al(OH)3 、Fe(OH)3 Al(OH)3＋OH－＝AlO2－+2H2O 70℃ 120min

【解析】

锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解, SiO2不硫酸反应, MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣1中也无MnO2,酸性条件下MnO2将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,过滤除去二氧化硅等不溶物；因此滤渣1为SiO2；滤液1中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe（OH）3、Al(OH)3沉淀,过滤分离,滤液2中含有MnSO4、(NH4)2SO4等，滤液2进行电解得到Mn；滤渣2为Fe（OH）3、Al(OH)3,向滤渣2中加入氢氧化钠,只有氢氧化铝溶于强碱；得到NaAlO2，过滤分离；结合以上分析解答。

锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解, SiO2不硫酸反应, MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣1中也无MnO2,酸性条件下MnO2将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,过滤除去二氧化硅等不溶物；因此滤渣1为SiO2；滤液1中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe（OH）3、Al(OH)3沉淀,过滤分离,滤液2中含有MnSO4、(NH4)2SO4等，滤液2进行电解得到Mn；滤渣2为Fe（OH）3、Al(OH)3,向滤渣2中加入氢氧化钠,只有氢氧化铝溶于强碱；得到NaAlO2，过滤分离；

(1)为提高含锰矿物浸出速率，可采取的措施有将矿石粉碎、升温、适当提高硫酸浓度、搅拌；综上所述，本题答案是：将矿石粉碎、升温、适当提高硫酸浓度、搅拌。

(2) 设备1中发生氧化还原反应：二氧化锰在酸性条件下将+2价铁氧化为铁离子，二氧化锰被还原得到Mn2+,反应离子方程式为: 2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2CO2↑＋4H2O；综上所述，本题答案是：2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2CO2↑＋4H2O。

(3)双氧水具有氧化性，将Fe2+完全氧化为Fe3+；检验亚铁离子的存在可以用氯水和硫氰化钾溶液，也可以用K3[Fe(CN)6]溶液，具体操作如下：取少量滤液2于试管中，加入几滴KSCN溶液，溶液不显红色，再滴入适量氯水，若溶液变红，则有Fe2＋，否则没有Fe2＋（或加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，若产生蓝色沉淀，则有Fe2＋，否则没有Fe2＋；综上所述，本题答案是：将Fe2+完全氧化为Fe3+；取少量滤液2于试管中，加入几滴KSCN溶液，溶液不显红色，再滴入适量氯水，若溶液变红，则有Fe2＋，否则没有Fe2＋（或加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，若产生蓝色沉淀，则有Fe2＋，否则没有Fe2＋。

(4)亚铁离子被双氧水氧化为铁离子，根据表格信息可知，加氨水调节溶液的pH等于6，铁离子、铝离子均生成Al(OH)3 、Fe(OH)3沉淀；所以滤渣2的主要成分为Al(OH)3 、Fe(OH)3；综上所述，本题答案是：Al(OH)3 、Fe(OH)3。

(5) 设备4中生成Al(OH)3 、Fe(OH)3沉淀，只有Al(OH)3溶于过量的强碱溶液生成偏铝酸盐，离子方程式为：Al(OH)3＋OH－＝AlO2－+2H2O；综上所述，本题答案是：Al(OH)3＋OH－＝AlO2－+2H2O。

(6)根据锰浸出率随时间变化图表信息可知，温度低，锰浸出率低，温度为90℃时，锰浸出率与70℃相差无几，锰浸出率最佳条件：时间在120min，温度为70℃，锰浸出率最好；综上所述，本题答案是：70℃ ，120min。