Question

【題目】赤泥是鋁土礦提取氧化鋁過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，其主要成分為Fe2O3、Al2O3、CaO、TiO2、SiO2等，屬于強(qiáng)堿性廢渣。從赤泥中回收鈦的工藝流程如下：

請回答以下問題：

(1)赤泥顆�？紫洞螅�具有較大的比表面積，可作為廢氣SO2的吸收劑，研究表明該過程中主要利用了化學(xué)中和反應(yīng)，其次是______。

(2)赤泥加一定量水打散的目的是______。

(3)已知高溫?zé)�結(jié)時(shí)，TiO2發(fā)生的反應(yīng)是Na2CO3+TiO2 Na2TiO3+CO2↑，且Na2TiO3不溶于水。則Al2O3在燒結(jié)中發(fā)生的反應(yīng)是______，水浸液里的主要溶質(zhì)有______。

(4)酸浸時(shí)，若使鈦的浸出率(η%)達(dá)到90%，則根據(jù)右圖工業(yè)上應(yīng)采取的適宜條件是：酸濃度和液固比的取值分別約為______、______。同時(shí)浸出溫度過高可能造成的環(huán)境污染是__________。

(5)TiO2在一定條件下可轉(zhuǎn)化為TiCl4而獲得精制提純，控制TiCl4水解的條件還可以制得TiO2·xH2O納米材料，該水解過程的化學(xué)方程式是______。

(6)赤泥中含鈦(以TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)一般為4% ~12%，假設(shè)在上述工藝中鈦的總回收率為75%，則1t赤泥獲得TiO2的最大質(zhì)量為______kg。

Answer 1

【答案】物理吸附 增大赤泥的接觸面積，且打散后便于攪拌 Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑ Na2SiO3、NaAlO2 40% 6 會形成大量的酸霧 TiCl4+(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4HCl 90

【解析】

(1)赤泥顆�？紫洞�，具有較大的比表面積，吸附力強(qiáng)分析；

(2)水加入可使物質(zhì)松散，擴(kuò)大接觸面積；

(3)在高溫?zé)�結(jié)時(shí)，Na2CO3與TiO2、Al2O3、SiO2會發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的鹽，反應(yīng)后向生成物中加水，其中可溶性的鹽進(jìn)入溶液中，難溶性的物質(zhì)仍以固體形式存在；

(4)根據(jù)鈦的浸出率與硫酸濃度與固液比例分析判斷；根據(jù)高溫鹽分解產(chǎn)物的狀態(tài)判斷影響；

(5)根據(jù)TiCl4是強(qiáng)酸弱堿鹽，在溶液中發(fā)生鹽的水解反應(yīng)分析；

(6)根據(jù)Ti元素守恒分析解答。

(1)赤泥顆粒孔隙大，具有較大的比表面積，可作為廢氣SO2的吸收劑，研究表明該過程中主要利用了赤泥含有大量的Fe2O3、Al2O3、CaO、TiO2金屬氧化物，可以與酸性氧化物SO2反應(yīng)產(chǎn)生亞硫酸鹽，其次就是其由于顆�？紫洞�，具有較大的比表面積，吸附力強(qiáng)；

(2)赤泥是固體物質(zhì)，加一定量水打散，可以增大赤泥的接觸面積，便于吸收SO2氣體，且打散后便于攪拌，反應(yīng)更容易進(jìn)行；

(3)在高溫?zé)�結(jié)時(shí)，Na2CO3與Al2O3發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑；Na2CO3與SiO2發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑；Na2CO3與TiO2發(fā)生的反應(yīng)是Na2CO3+TiO2 Na2TiO3+CO2↑，由于NaAlO2、Na2TiO3都是可溶性的物質(zhì)，而Na2TiO3是難溶性的物質(zhì)，所以高溫?zé)�結(jié)后水浸反應(yīng)產(chǎn)物，水浸液里的主要溶質(zhì)有Na2SiO3、NaAlO2；

(4)根據(jù)圖示中鈦的浸出率與硫酸濃度與固液比例關(guān)系，畫一條垂直于鈦的浸出率90%的線，與硫酸濃度線的交點(diǎn)是40%，與液固比例線的交點(diǎn)是6，可確定需要硫酸酸濃度約為40%，液固比的取值約為6。同時(shí)若浸出溫度過高，酸溶解鈦的氧化物形成的鹽可能會發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生酸性氣體，污染環(huán)境，故浸取溫度不宜過高；

(5)TiCl4是強(qiáng)酸弱堿鹽，在溶液中Ti4+發(fā)生鹽的水解反應(yīng)，消耗水電離產(chǎn)生OH-，最終使溶液顯酸性，根據(jù)題意可知水解產(chǎn)生TiO2·xH2O和HCl，反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiCl4+(x+2) H2O=TiO2·xH2O↓+4HCl；

(6)假設(shè)赤泥中TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%，1t赤泥中TiO2的質(zhì)量為m(TiO2)=1000kg×12%=120kg；由于在上述工藝中鈦的總回收率為75%，所以實(shí)際最多可獲得TiO2的質(zhì)量為120kg×75%=90kg。