Question

【題目】由碳酸錳礦(主要成分MnCO3，還含有FeCO3、MnO2、Al2O3、SiO2等)中提取金屬錳的一種流程如下：

(1) “酸浸”過程中，提高錳元素浸出率的措施有：適當提高酸的濃度、________________(填一種)。

(2) 保持其他條件不變，在不同溫度下對碳酸錳礦進行酸浸，錳元素的浸出率隨時間變化如下圖所示，則酸浸的最佳溫度和時間分別是________。

　　

提取過程中相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH

金屬離子	Fe3＋	Fe2＋	Al3＋	Mn2＋
開始沉淀的pH	1.8	5.8	3.0	7.8
完全沉淀的pH	3.2	8.8	5.0	9.8

(3) 已知“酸浸”后溶液中錳元素只以Mn2＋形式存在，則“酸浸”中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式為________________________________________。

(4) 結合上表，“除鐵、鋁”時加入氨水控制反應液pH的范圍為________。

(5) 若上述流程中加入的H2O2不足量，則待電解溶液中會有鐵元素殘余，進而會影響最終錳的純度。請設計簡要實驗方案加以驗證待電解溶液中是否含有鐵元素： _________________。

(6) 以石墨為電極電解除鐵、鋁后的溶液獲得單質錳。電解廢液中可循環(huán)利用的溶質是________。

Answer 1

【答案】粉碎碳酸錳礦、適當升溫、攪拌等(合理即可) 70 ℃、120 min 2FeCO3＋MnO2＋8H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O 5.0≤pH<7.8(或5.0～7.8) 取樣，向其中滴加H2O2后，再滴入KSCN溶液，若溶液變成血紅色，則待電解液中含有鐵元素 H2SO4

【解析】

錳礦物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解，SiO2不與硫酸反應，MnCO3、FeCO3、Al2O3與硫酸反應得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而濾液里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣Ⅰ中也無MnO2，過濾除去二氧化硅等不溶物，濾渣Ⅰ為SiO2等不溶物。向濾液中加入過氧化氫將Fe2+離子氧化為Fe3+離子，再加入氨水調節(jié)溶液pH使Fe3+、Al3+轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，過濾分離，濾液中含有MnSO4、NH4SO4等，濾渣Ⅱ為Fe(OH)3、Al(OH)3，對濾液電解得到Mn，以此解答該題。

(1)為提高含錳礦物浸出速率，可采取的措施增大反應物濃度、升高溫度、增大反應物接觸面積等方法，如將礦石粉碎、升溫、適當提高硫酸濃度、攪拌；

(2)浸出率越高越好，所用時間越少越好，根據(jù)圖知，溫度越高浸出率越高，但是溫度越高需要的能量越高，需要的溫度為70℃、時間為120min；

(3)已知“酸浸”后溶液中錳元素只以Mn2＋形式存在，則發(fā)生氧化還原反應的離子方程式是亞鐵離子或碳酸亞鐵被二氧化錳氧化生成鐵離子，同時生成錳離子，離子方程式為2FeCO3＋MnO2＋8H＋=2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O；

(4)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，pH為5.0時，Fe3+、Al3+沉淀完全，pH為7.8時Mn2＋開始沉淀，所以pH的調控范圍為5.07.8(或5.0≤pH<7.8)；

(5)則待電解溶液中會有鐵元素殘余驗證待電解溶液中是否含有鐵元素，檢驗亞鐵離子即可，方法為：取樣，向其中滴加H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液變紅（或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若產生藍色沉淀），則待電解液中含有Fe元素；

(6)根據(jù)分析，濾液中含有MnSO4、NH4SO4的溶液，電解發(fā)生的反應為：2 MnSO4+2H2O2Mn+O2↑+2H2SO4，硫酸可在該工藝流程中可循環(huán)利用。