1、
以硫酸法钛白粉生产中排放的含锰废水(主要金属离子为Mn2+、Fe2+、Al3+,还含有少量Ca2+、Mg2+、Cu2+和Ni2+等离子)为原料,生产MnCO3的工艺流程如下:
已知:25 ℃时,Ksp(CaF2)=1.5×10-10、Ksp(MgF2)=7.5×10-11。
(1)流程中含锰废水经过前三步预处理,得到主要含有Mn2+的母液。
①除铁铝时,在搅拌条件下先加入H2O2溶液,再加入NaOH溶液调节pH。加入H2O2溶液时发生反应的离子方程式为__________________________________________。
②除钙镁步骤中,当Ca2+、Mg2+沉淀完全时,溶液中=________。
(2) 沉锰过程在pH为7.0条件下充分进行,反应温度对锰沉淀率的影响关系如图所示。
①沉锰过程发生反应的离子方程式为____________。该过程中加入适当过量的NH4HCO3的原因是________。
②当温度超过30 ℃,沉锰反应的锰沉淀率随温度升高而下降的原因是______________________________。
(3) 沉锰后过滤得到MnCO3粗产品,依次用去离子水和无水乙醇各洗涤2~3次,再低温干燥,得到纯净的MnCO3。用无水乙醇洗涤的目的是____________________________。
2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 2 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑ 提高Mn2+的沉淀率 温度升高,NH4HCO3受热分解(或Mn2+水解) 有利于低温条件下快速干燥
含锰废水经过除铁铝时,铁亚铁离子被氧化成铁离子,铁离子和铝离子转化为氢氧化物沉淀,经过除重金属时,铜离子和镍离子转化为硫化铜和硫化镍沉淀,经过除钙镁时,钙离子和镁离子转化为氟化钙和氟化镁沉淀,溶液中的锰离子在沉锰时转化为碳酸锰沉淀,后经洗涤干燥得到纯净的碳酸锰。
(1)①加入H2O2溶液是将亚铁离子氧化成铁离子,便于转化成沉淀除去,其反应的离子反应方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,故答案为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;
②钙离子和镁离子转化为氟化钙和氟化镁沉淀,则溶液中,故答案为:2;
(2)①沉锰过程中加入过量的碳酸氢铵,提供碳酸根将锰离子尽可能多的转化为碳酸锰沉淀,提高Mn2+的沉淀率,其反应的离子反应方程式为Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑,故答案为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑;提高Mn2+的沉淀率;
②铵盐受热易分解,当温度过高时,碳酸氢铵容易分解,而温度升高时,锰离子水解程度也会增大,所以沉锰反应的锰沉淀率随温度升高而下降,故答案为:温度升高,NH4HCO3受热分解(或Mn2+水解);
(3)沉锰后过滤得到MnCO3粗产品,用去离子水洗去表面的杂质离子,因为碳酸锰高温时容易分解,所以干燥时用易挥发的乙醇低温下除去水分,使碳酸锰快速干燥,得到纯净的碳酸锰,故答案为:有利于低温条件下快速干燥。
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