减少SO
2的排放、回收利用SO
2成为世界性的研究课题.我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO
2)吸收废渣高温焙烧产生的SO
2,制备硫酸锰的生产流程如下:
浸出液的pH<2,其中的金属离子主要是Mn
2+,还含有少量的Fe
2+、Al
3+、Ca
2+、Pb
2+等其他金属离子.
有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表,阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图.
离子 | 离子半径(pm) | 开始沉淀时的pH | 完全沉淀时的pH |
Fe2+ | 74 | 7.6 | 9.7 |
Fe3+ | 64 | 2.7 | 3.7 |
Al3+ | 50 | 3.8 | 4.7 |
Mn2+ | 80 | 8.3 | 9.8 |
Pb2+ | 121 | 8.0 | 8.8 |
Ca2+ | 99 | - | - |
已知PbO
2的氧化性大于MnO
2.请回答下列问题:
(1)写出浸出过程中主要反应的化学方程式______,氧化过程中主要反应的离子方程式______.
(2)在氧化后的液体中加入石灰浆,用于调节pH,pH应调节至______.
(3)阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子.决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是______(填写序号).
a.溶液的pH b.金属离子的电荷 c.金属离子的半径 d.吸附时间
(4)操作a包括______等过程.
答案:
分析:(1)从流程图看,浸出过程是软锰矿浆(MnO2)与SO2的反应.杂质离子中只有Fe2+具有还原性,可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+;
(2)从吸附率的图可以看出,Ca2+、Pb2+的吸附率较高,故只要调节pH值在4.7~8.3间,大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去,小于8.3是防止Mn2+也沉淀;
(3)结合半径,分析右图知,图中离子从上至下,半径有减小趋势,对应的吸附率减小.随着时间的递增,所有离子的吸附率均增大;另Fe3+和Al3+离子所带电荷数大,其吸附率低;
(4)由于制取的MnSO4•H2O含有结晶水,故采用蒸发浓缩结晶的方法.
解答:解:(1)低品位软锰矿浆的主要成分是MnO2,通入SO2浸出液的pH<2,其中的金属离子主要是Mn2+,则MnO2与SO2发生氧化还原反应,反应的化学方程式为SO2+MnO2=MnSO4,杂质离子中只有Fe2+具有还原性,可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O,
故答案为:SO2+MnO2=MnSO4;2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O;
(2)杂质中含有Fe2+、Al3+、Ca2+、Pb2+四种阳离子,由沉淀的pH范围知,Fe2+的沉淀与Mn2+离子的沉淀所需的pH接近,而Fe3+则相差很远,故可以将Fe2+氧化成Fe3+而除杂.从吸附率的图可以看出,Ca2+、Pb2+的吸附率较高,故只要调节pH值在4.7~8.3间,大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去,小于8.3是防止Mn2+也沉淀,
故答案为:4.7~8.3;
(3)图中离子从上至下,半径有减小趋势,对应的吸附率减小.随着时间的递增,所有离子的吸附率均增大;另Fe3+和Al3+离子所带电荷数大,其吸附率低,
故答案为:b、c、d;
(4)从溶液中获得溶质,应采用蒸发、浓缩、结晶的方法,故答案为:蒸发、浓缩、结晶.