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___________________________________________________。

（7）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當x=y=時，z=___________。

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，MgF2Mg2++2F平衡向右移動 Mn2++2=MnCO3↓+CO2↑+H2O

【解析】

（1）Si元素以SiO2或不溶性硅鹽存在，SiO2與硫酸不反應，所以濾渣I中除了S還有SiO2；在硫酸的溶浸過程中，二氧化錳和硫化錳發生了氧化還原反應，二氧化錳作氧化劑，硫化錳作還原劑，方程式為：MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O；

（2）二氧化錳作為氧化劑，使得MnS反應完全，且將溶液中Fe2+氧化為Fe3+；

（3）由表中數據知pH在4.7時，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以應該控制pH在4.7~6之間；

（4）根據題干信息，加入Na2S除雜為了除去鋅離子和鎳離子，所以濾渣3是生成的沉淀ZnS和NiS；

（5）由HF H++F-知，酸度過大，F-濃度減低，使得MgF2Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移動，Mg2+沉淀不完全；

（6）根據題干信息沉錳的過程是生成了MnCO3沉淀，所以反應離子方程式為：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

（7）根據化合物中各元素化合價代數和為0的規律得：1+2x+3y+4z=6，已知，x=y=1/3，帶入計算得：z=1/3