Question

【題目】 高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如下圖所示。回答下列問題：

相關金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol·L1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mg2+	Zn2+	Ni2+
開始沉淀的pH	8.1	6.3	1.5	3.4	8.9	6.2	6.9
沉淀完全的pH	10.1	8.3	2.8	4.7	10.9	8.2	8.9

（1）“濾渣1”含有S和________________；寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應的化學方程式_______。

（2）“氧化”中添加適量的MnO2的作用是將________________________。

（3）“調pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應調節為_______~6之間。

（4）“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是______________。

（5）“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是______

（6）寫出“沉錳”的離子方程式_____________________________________。

Answer 1

【答案】SiO2（不溶性硅酸鹽） MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O 將Fe2+氧化為Fe3+ 4.7 NiS和ZnS F與H+結合形成弱電解質HF，MgF2(s)Mg2++2F平衡向右移動 Mn2++2=MnCO3↓+CO2↑+H2O

【解析】

硫化錳礦(還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)，MnS礦和MnO2粉加入稀硫酸，MnO2具有氧化性，二者發生氧化還原反應生成MnSO4、S，同時溶液中還有難溶性的SiO2及難溶性的硅酸鹽，所以得到的濾渣1為SiO2和S和難溶性的硅酸鹽；然后向濾液中加入MnO2，將還原性離子Fe2+氧化生成Fe3+，再向溶液中加入氨水調節溶液的pH除鐵和鋁，所以濾渣2為Fe(OH)3、Al(OH)3；根據流程圖，結合表格數據，加入的Na2S和Zn2+、Ni2+反應生成硫化物沉淀，“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，所以濾渣3為NiS和ZnS；“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+，所以濾渣4為MgF2，最后向濾液中加入碳酸氫銨得到MnCO3沉淀，用稀硫酸溶解沉淀MnCO3得到硫酸錳，據此分析解答。

(1)根據上述分析，“濾渣1”含有S和難溶性的二氧化硅或硅酸鹽；“溶浸”中二氧化錳與硫化錳發生氧化還原反應生成錳離子、S和水，離子方程式為MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O，故答案為：SiO2(不溶性硅酸鹽)；MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O；

(2)MnO2具有氧化性，能氧化還原性離子Fe2+生成Fe3+，從而在調節pH時除去這兩種離子，故答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；

(3)“調pH”除鐵和鋁，溶液的pH應該大于這兩種離子完全沉淀所需pH且小于其它離子生成沉淀的pH值，在pH=4.7時Fe3+和Al3+沉淀完全，在pH=6.2時Zn2+開始產生沉淀，為了只得到氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀，需要溶液的pH范圍為4.7～6之間，故答案為：4.7；

(4)“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，這兩種離子和硫離子生成硫化物沉淀，所以濾渣3為NiS和ZnS，故答案為：NiS和ZnS；

(5)“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+，溶液中存在MgF2的溶解平衡，如果溶液酸性較強，生成弱電解質HF而促進氟化鎂溶解，即F-與H+結合形成弱電解質HF，MgF2（s）Mg2++2F-平衡向右移動，所以鎂離子沉淀不完全，故答案為：F-與H+結合形成弱電解質HF，MgF2(s)Mg2++2F-平衡向右移動；

(6)“沉錳”時錳離子和碳酸氫根離子反應生成碳酸錳沉淀，同時還生成水、二氧化碳，離子方程式為Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，故答案為：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O。