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锆石(ZrSiO4)酷似钻石且价格低廉,是钻石很好的代用品。天然锆石的主要成分是ZrSiO4,另外还常含有Fe、Al、Cu的氧化物杂质。工业上以天然锆石为原料制备ZrO2的工艺流程如下:
已知:i.氯化过程中除C、O外,其他元素均转化为其最高价氯化物;
ⅱ.Zr在化合物中通常显+4价;ZrC14易溶于水,400℃时升华;
ⅲ.“配合”生成的Fe(SCN)3难溶于MIBK,Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在MIBK中的溶解度。
(1)将锆石“粉碎”的目的是_______________________________。
(2)“氯化”过程中,ZrSiO4发生反应的化学方程式为_______________,由下图可知,“氯化”过程选择的最佳反应条件是_________;若“氯化”温度过高会导致ZrC14产率降低,原因是________。
(3)常用的铜抑制剂为NaCN,它可与重金属离子生成沉淀,如Cu(CN)2,其Ksp=4.0×10-10。已知盐酸溶解后的溶液中Cu2+的浓度为1mol·L-1,若溶液中Cu2+的浓度小于等于1.0×10-6mol·L-1时可视为沉淀完全,则Cu2+沉淀完全时溶液中CN-的浓度为________mol•L-1。
(4)由于NaCN有剧毒,所以需要对“废液”中的NaCN进行处理,通常选用漂白液(有效成分是NaClO)在碱性条件下将其氧化,其产物之一是空气中的主要成分,则上述反应的离子方程式为___________。
(5)流程中“萃取”与“反萃取”可以分离铁、富集锆,简述“萃取”的原理:________________。
增大反应物的接触面积,加快反应速率,提高原料利用率 ZrSiO4+2Cl2+4CO=ZrC14+SiCl4+4CO2 1MPa、380~400℃ 高于400℃时ZrCl4升华,产率降低 0.02 2CN-+5C1O-+2OH-=2+5Cl-+N2↑+H2O Fe(SCN)3难溶于MIBK,则Zr(SCN)4被MIBK萃取进入有机层
天然锆石经过粉碎后,加入CO、Cl2,ZrSiO4反应为ZrC14和SiCl4,其它金属变为FeCl3、AlCl3、CuCl2。加入NaOH后,滤液中是NaAlO2,沉淀中主要有H2SiO3、Fe(OH)3、Zr(OH)4、Cu(OH)2。加入HCl后,Fe(OH)3、Cu(OH)2、Zr(OH)4溶于HCl,H2SiO3不溶。加入Cu抑制剂,除去Cu杂质。加入NH4SCN后,Fe3+和Zr4+形成配合物Fe(SCN)3、Zr(SCN)4。加入有机溶剂MIBK,将Zr(SCN)4萃取到有机层,再用H2SO4将Zr(SCN)4萃取到水层,加入NH3,生成Zr(OH)4,煅烧后得到ZrO2。
(1)将锆石粉碎的目的是增大接触面积,加快反应速率,提高原料利用率;
(2)根据信息,“氯化”过程中,ZrSiO4与氯气、CO反应的生成物中含有ZrC14、SiCl4,同时根据氧化还原反应原理可知生成物中还含有CO2,故反应的化学方程式为ZrSiO4+2Cl2+4CO=ZrC14+SiCl4+4CO2;观察图像可知产率最高点时的压强和温度分别是1MPa、380~400℃;温度过高会使ZrC14升华,导致产率降低;
(3)Cu2+沉淀完全时溶液中满足:1.0×10-6•c2(CN-)=4×10-10,即c(CN-)=0.02mol·L-1;
(4)漂白液的有效成分是NaClO,由题意知,发生反应的离子方程式为2CN-+5C1O-+2OH-=2+5Cl-+N2↑+H2O;
(5)“配合”后,Fe3+、Zr4+分别生成Fe(SCN)3、Zr(SCN)4;
Fe(SCN)3难溶于MIBK,Zr(SCN)4则被MIBK萃取进入有机层,从而达到分离铁、富集锆的目的。
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