Question

【題目】目前，處理鋅礦進行綜合利用，多采用傳統的“高氧酸浸法”，但該法也存在一些缺點。最近，有文獻報道：用高鐵閃鋅礦(含有ZnS、FeS、CuS、CdS及少量SiO2等)為原料，采用“高氧催化氧化氨浸法”可以聯合制取Cu2O(紅色)、CdS(黃色)、鋅鋇白(白色)三種顏料，其流程如圖：

已知：

Ⅰ：浸取劑由碳酸銨、氨水、雙氧水等組成；

Ⅱ：浸渣為S、Fe(OH)CO3、SiO2等不溶性物質；

Ⅲ：浸取液中含有[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+、[Cd(NH3)4]2+；

Ⅳ：Cu+在溶液中不存在，但可以與NH3形成穩定的[Cu(NH3)2]+。

回答下列問題：

(1)為加快浸取速度，可以采取的措施是(任答兩項)_______；在實際生產中采取常溫下浸取而不采用加熱的方法，其原因是___。

(2)浸取釜中有O2參與生成浸渣Fe(OH)CO3的離子方程式為_______。

(3)蒸發爐中加入(NH4)2SO3的主要作用是_________；沉降池1中加入稀H2SO4的作用是_______。

(4)在制取ZnSO4和CdSO4時使用硫酸的量要適當，如果硫酸過量，產生的后果是______。

(5)無論采用“高氧酸浸法”還是“高氧催化氧化氨浸法”，其前期處理，都要經過用浸取劑浸取這一步，不同的是“高氧酸浸法”需先高溫焙燒，然后再用硫酸浸出。兩種方法比較，“高氧酸浸法”存在的缺點是(任答兩條)__________。

Answer 1

【答案】粉碎礦石，增大O2壓強，增大氨水和碳酸銨的濃度 防止NH3的揮發，以便形成穩定的配合物，防止雙氧水分解 4FeS+3O2+4CO32-+6H2O=4Fe(OH)CO3↓+4S↓+8OH- 將[Cu(NH3)4]2+還原為[Cu (NH3)2]+ 調節溶液的pH，使[Cu(NH3)2]+轉化為Cu2O沉淀 產生H2S氣體污染大氣；降低鋅鋇白、CdS的產量 能耗高；設備耐酸性要求高；產生大量有害氣體(SO2)污染大氣

【解析】

由題干信息，分析流程圖可知，高鐵閃鋅礦在浸取釜中與O2、碳酸銨、氨水、雙氧水等組成的浸取劑反應生成S、Fe(OH)CO3、SiO2等不溶性物質、[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+和[Cd(NH3)4]2+，在蒸發爐中加入(NH4)2SO3將[Cu(NH3)4]2+還原為[Cu (NH3)2]+，進入沉降池1中加入稀H2SO4調節pH使[Cu(NH3)2]+轉化為Cu2O沉淀，剩下的溶液在置換爐中加入適量鋅粉得到Cd單質，濾液進入沉降池2加入碳化氨水得到Zn2(OH)2CO3，經稀硫酸得到ZnSO4溶液，ZnSO4與BaS溶液反應得到鋅鋇白，據此分析解答問題。

(1)由化學反應速率的影響因素可以知道，可采用粉碎礦石，增大O2壓強，增大氨水和碳酸銨的濃度等方法加快浸取速率，由于浸取劑由碳酸銨、氨水、雙氧水等組成，受熱易分解，故在實際生產中采取常溫浸取而不采用加熱的方法，故答案為：粉碎礦石，增大O2壓強，增大氨水和碳酸銨的濃度；防止NH3的揮發，以便形成穩定的配合物，防止雙氧水分解；

(2)浸取釜中O2與碳酸銨和FeS反應生Fe(OH)CO3、S，反應的離子方程式為4FeS+3O2+4CO32-+6H2O=4Fe(OH)CO3↓+4S↓+8OH-，故答案為：4FeS+3O2+4CO32-+6H2O=4Fe(OH)CO3↓+4S↓+8OH-；

(3)Cu+在溶液中不存在，但可以與NH3形成穩定的[Cu(NH3)2]+，根據上述分析，(NH4)2SO3

中SO32-具有還原性，在蒸發爐中加入(NH4)2SO3可將[Cu(NH3)4]2+還原為[Cu (NH3)2]+，從而加入稀H2SO4調節pH使[Cu(NH3)2]+轉化為Cu2O沉淀，故答案為：將[Cu(NH3)4]2+還原為[Cu (NH3)2]+；調節溶液的pH，使[Cu(NH3)2]+轉化為Cu2O沉淀；

(4)在制取ZnSO4和CdSO4時使用硫酸過量會產生H2S氣體污染大氣并降低鋅鋇白、CdS的產量，故答案為：產生H2S氣體污染大氣，降低鋅鋇白、CdS的產量；

(5) “高氧酸浸法”需先高溫焙燒，然后再用硫酸浸出，此法需要在高溫條件，能耗高；對設備的耐酸性要求高；同時會產生大量有害氣體(SO2)污染大氣，故答案為：能耗高、設備耐酸性要求高、產生大量有害氣體(SO2)污染大氣。