Question

【題目】某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)：

溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

金屬離子	Ni2+	Al3+	Fe3+	Fe2+
開始沉淀時(c=0.01 mol·L1)的pH 沉淀完全時(c=1.0×105 mol·L1)的pH	7.2 8.7	3.7 4.7	2.2 3.2	7.5 9.0

回答下列問題：

(1)“堿浸”中NaOH的兩個作用分別是______________。為回收金屬，用稀硫酸將“濾液①”調為中性，生成沉淀。寫出該反應的離子方程式______________。

(2)“濾液②”中含有的金屬離子是______________。

(3)“轉化”中可替代H2O2的物質是______________。若工藝流程改為先“調pH”后“轉化”，即

“濾液③”中可能含有的雜質離子為______________。

(4)利用上述表格數據，計算Ni(OH)2的Ksp=______________(列出計算式)。如果“轉化”后的溶液中Ni2+濃度為1.0 mol·L1，則“調pH”應控制的pH范圍是______________。

(5)硫酸鎳在強堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應的離子方程式______________。

(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環使用，其意義是______________。

Answer 1

【答案】除去油脂、溶解鋁及其氧化物 +H++H2O=Al(OH)3↓或+H+=Al(OH)3↓+H2O Ni2+、Fe2+、Fe3+ O2或空氣 Fe3+ 3.2~6.2 2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O 提高鎳回收率

【解析】

由工藝流程分析可得，向廢鎳催化劑中加入NaOH溶液進行堿浸，可除去油脂，并發生反應2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、2Al2O3+4NaOH=4NaAlO2+2H2O將Al及其氧化物溶解，得到的濾液①含有NaAlO2，濾餅①為Ni、Fe及其氧化物和少量其他不溶性雜質，加稀H2SO4酸浸后得到含有Ni2+、Fe2+、Fe3+的濾液②，Fe2+經H2O2氧化為Fe3+后，加入NaOH調節pH使Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀除去，再控制pH濃縮結晶得到硫酸鎳的晶體，據此分析解答問題。

(1)根據分析可知，向廢鎳催化劑中加入NaOH溶液進行堿浸，可除去油脂，并將Al及其氧化物溶解，濾液①中含有NaAlO2(或Na[Al(OH)4])，加入稀硫酸可發生反應+H++H2O=Al(OH)3↓或+H+=Al(OH)3↓+H2O，故答案為：除去油脂、溶解鋁及其氧化物；+H++H2O=Al(OH)3↓或+H+=Al(OH)3↓+H2O；

(2)加入稀硫酸酸浸，Ni、Fe及其氧化物溶解，所以“濾液②”中含有的金屬離子是Ni2+、Fe2+、Fe3+，故答案為：Ni2+、Fe2+、Fe3+；

(3)“轉化”在H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+，可用O2或空氣替代；若將工藝流程改為先“調pH”后“轉化”，會使調pH過濾后的溶液中含有Fe2+，則濾液③中可能含有轉化生成的Fe3+，故答案為：O2或空氣；Fe3+；

(4)由上述表格可知，Ni2+完全沉淀時的pH=8.7，此時c(Ni2+)=1.0×10-5mol·L-1，c(H+)=1.0×10-8.7mol·L-1，則c(OH-)=，則Ni(OH)2的；或者當Ni2+開始沉淀時pH=7.2，此時c(Ni2+)=0.01mol·L-1，c(H+)=1.0×10-7.2mol·L-1，則c(OH-)=，則Ni(OH)2的；如果“轉化”后的溶液中Ni2+濃度為1.0mol·L-1，為避免鎳離子沉淀，此時，則，即pH=6.2；Fe3+完全沉淀的pH為3.2，因此“調節pH”應控制的pH范圍是3.2~6.2，故答案為：；3.2~6.2；

(5)由題干信息，硫酸鎳在強堿中被NaClO氧化得到NiOOH沉淀，即反應中Ni2+被氧化為NiOOH沉淀，ClOˉ被還原為Clˉ，則根據氧化還原得失電子守恒可得離子方程式為2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O，故答案為：2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O；

(6)分離出硫酸鎳晶體后的母液中還含有Ni2+，可將其收集、循環使用，從而提高鎳的回收率，故答案為：提高鎳的回收率。