Question

【題目】用含砷氧化銅礦[含CuO、Cu2(OH)2CO3、As2O3及重金屬鹽等]制取Cu2(OH)2SO4的工藝流程如下：

(1) 步驟Ⅰ“氨浸”時，控制溫度為50～55 ℃，pH約為9.5，含銅化合物轉化為[Cu(NH3)4]SO4溶液。

① CuO被浸取的離子方程式為________。

②浸取溫度不宜超過55 ℃，其原因是________。

③ Cu2＋與NH3結合時，溶液中含銅微粒的物質的量分布分數(δ)與溶液中游離的c(NH3)的對數值的關系如圖所示。若用1 L浸取液(由等物質的量NH3和NH4+組成)將amolCu2(OH)2CO3全部浸出為[Cu(NH3)4]2＋(CO32-轉變為HCO3-，不考慮其他反應，溶液體積變化忽略不計)，原浸取液中起始時c(NH3)應滿足的條件是________。

(2) “除AsO2-”時，FeSO4需過量，一方面使AsO2-沉淀完全，另一目的是________。

(3) “蒸氨”時發生反應的化學方程式為________。

(4) 為了實現生產過程中物質循環利用，可采取的措施為________。

Answer 1

【答案】CuO+2NH3+2NH4+=[Cu(NH3)4]2＋+H2O 溫度過高，會加速NH3的揮發 c(NH3)≥(5a＋1) mol·L－1 生成的Fe(OH)3[或Fe(OH)3—Fe(OH)2]絮狀沉淀吸附FeAsO4等含砷微粒 2[Cu(NH3)4]SO4Cu2(OH)2SO4↓＋6NH3↑+(NH4)2SO4 用步驟Ⅴ蒸出的NH3與步驟Ⅵ的濾液配制步驟Ⅰ所需的NH3—(NH4)2SO4浸取液

【解析】

根據流程：用NH3和(NH4)2SO4組成的溶液氨浸含砷氧化銅礦[含CuO、Cu2(OH)2CO3、As2O3及重金屬鹽等]，含銅化合物轉化為[Cu(NH3)4]SO4溶液，同時混有重金屬鹽和AsO2-，加入硫化銨除去重金屬離子，再加入(NH4)2S2O8和FeSO4，沉淀AsO2-，過濾FeAsO4和Fe(OH)3沉淀，得到的溶液主要為(NH4)2SO4和[Cu(NH3)4]SO4溶液，蒸氨、過濾、洗滌得到產品Cu2(OH)2SO4，

(1)①CuO被NH3和(NH4)2SO4組成的溶液浸取得到[Cu(NH3)4]SO4，據此書寫；

②溫度高，會加速氨氣的揮發；

③由圖可知：全部浸出為[Cu(NH3)4]2+時lgc(NH3)=0，則此時氨氣濃度c(NH3)=1mol/L，再結合反應：Cu2(OH)2CO3+5NH3+3NH4+═2[Cu(NH3)4]2++HCO3-+2H2O分析計算可得；

(2)根據流程中得到FeAsO4和Fe(OH)3沉淀分析；

(3)“蒸氨”時發生反應為[Cu(NH3)4]SO4分解Cu2(OH)2SO4和氨氣，結合原子守恒可得；

(4)根據流程分析可得到NH3-(NH4)2SO4浸取液循環使用。

(1)CuO被NH3和(NH4)2SO4組成的溶液浸取得到[Cu(NH3)4]SO4，反應的離子反應為：CuO+2NH3+2NH4+=[Cu(NH3)4]2++H2O；

②浸取溫度不宜超過55℃，若是反應溫度過高，會加速NH3的揮發；

③a molCu2(OH)2CO3全部浸出為[Cu(NH3)4]2+的反應為：Cu2(OH)2CO3+5NH3+3NH4+=2[Cu(NH3)4]2++HCO3-+2H2O，因此若參與反應的氨氣為5amol，濃度為5amol/L，由圖可知：全部浸出為[Cu(NH3)4]2+時，lgc(NH3)=0，則此時氨氣濃度c(NH3)=1mol/L，因此原浸取液中起始時c(NH3)≥(5a+1)mol/L；

(2)流程中，“除AsO2-”時得到FeAsO4和Fe(OH)3沉淀，FeSO4需過量，一方面使AsO2-沉淀完全，另一目的是生成的Fe(OH)3[或Fe(OH)3-Fe(OH)2]絮狀沉淀吸附FeAsO4等含砷微粒；

(3)根據流程，“蒸氨”時發生反應為[Cu(NH3)4]SO4分解Cu2(OH)2SO4和氨氣，反應方程式為：

2[Cu(NH3)4]SO4Cu2(OH)2SO4↓＋6NH3↑＋(NH4)2SO4；

(4)用步驟Ⅴ蒸出的NH3與步驟Ⅵ的濾液配制步驟Ⅰ所需的NH3-(NH4)2SO4浸取液可以在生產過程中物質循環利用。