湿法炼锌厂在除杂过程中会产生大量铁*渣。某黄钾铁*渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12、ZnO·Fe2...
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湿法炼锌厂在除杂过程中会产生大量铁*渣。某黄钾铁*渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12、ZnO·Fe2O3及少量CaO、MgO、SiO2等。一种由黄钾铁*渣制备复合镍锌铁氧体( NiZnFe4O8)的流程如下:
回答下列问题
(1)滤渣I的主要成分是___________。
(2)净化除杂阶段加入Fe粉时发生反应的离子方程式为___________、___________。已知:25℃时Ksp(CaF2)=2.7×10-11, Ksp (MgF2)=6.4×10-19。加入NH4F使Ca2+、Mg2+离子沉淀,若沉淀后溶液中c(Ca2+)=2.7×10-6mol·L-1,则c(Mg2+)=___________ mol·L-1。
(3)在Fe2+、Ni2+、Zn2+共沉淀过程中,三种离子的损失浓度与pH的关系曲线如图所示,pH与n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)的关系曲线如图所示。为提高原料利用率,n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在___________左右;按此比例,若以Me代表Fe、Ni、Zn元素,则生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的化学反应方程式为___________。
(4)铁氧体工艺阶段制备 NiZnFe4O8过程中,需加入___________剂(填“氧化”或“还原”)。按照上述流程,一座10万吨规模的锌厂每年产生黄钾铁*渣约5万吨,Fe3+含量为27%,理论上每年可制备复合镍锌铁氧体(NiZnFe4O8,M=476g·mol-1)___________万吨(保留两位有效数字)
【回答】
【*】SiO2 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ 6.4×10-14 2.0 3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑ 氧化 4.3
【解析】(1)SiO2不和硫*反应,因而滤渣Ⅰ为SiO2。
(2)净化除杂阶段加入Fe粉与过量的稀硫*置换出*气,与Fe3+发生氧化还原反应,因而离子方程式为2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ ,Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑。Ksp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-),带入数据,根据溶液中的钙离子浓度可以求出c(F-)=10-2.5mol/L,再根据Ksp(MgF2)=c(Mg2+)c2(F-),解得c(Mg2+)=6.4×10-14mol/L。
(3)观察图1可知pH=7.2时,三种离子的损失浓度最大,即沉淀达到最大值,因而此时的pH值最合理,结合图2,当pH等于7.2时,n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)等于2.0,说明n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在2.0左右。根据滤液Ⅱ配料,可知*离子还有SO42-,因而反应物为MeSO4和NH4HCO3,Me2+和HCO3-要发生双水解,除了信息给的沉淀,产物还有CO2和(NH4)2SO4,因而化学方程式为3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑。
(4)流程前期*作得到的是Fe2+,而铁氧体工艺阶段得到的 NiZnFe4O8铁元素是+3价,说明需要加入氧化剂。因2Fe3+ + Fe = 3Fe2+,说明3n(Fe3+)=2n(Fe2+),可知3m(Fe3+)=2m(Fe2+),所以流程*加入铁元素的质量为5×0.27×3/2=2.025万吨,而NiZnFe4O8铁元素质量分数为56×4/476=47%,因而NiZnFe4O8的质量为2.025÷47%=4.3万吨。
知识点:电离平衡 水解平衡
题型:综合题
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