Question

【題目】從某礦渣（成分為NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等）中回收NiSO4的工藝流程如圖：

已知：(NH4)2SO4在350℃分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3。

回答下列問題：

（1）“研磨”的目的是___。

（2）礦渣中部分FeO在空氣焙燒時與H2SO4反應生成Fe2(SO4)3的化學方程式為____。

（3）“浸泡”過程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的離子方程式為___。“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外還含有___（填化學式）。

（4）向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+，溶液中c(F-)至少為___mol·L-1時，可使鈣離子沉淀完全。[已知Ca2+濃度小于1.0×10-5mol·L-1時沉淀完全；Ksp(CaF2)=4.0×10-11]

（5）萃取可用于對溶液中的金屬離子進行富集與分離：Fe2+(水相)+2RH(有機相)FeR2(有機相)+2H+(水相)。萃取劑與溶液的體積比（）對溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影響如圖所示，的最佳值為___。在___（填“強堿性”“強酸性”或“中性”）介質中“反萃取”能使有機相再生而循環利用。

（6）若將流程圖中浸泡步驟改為如圖步驟（前后步驟不變）。依據下表數據判斷，調pH范圍為___。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快反應速率 4FeO+6H2SO4+O22Fe2(SO4)3+6H2O Fe3++2H2OFeO(OH)+3H+ SiO2 2.0×10-3 0.25 強酸性 3.7≤pH<7.1

【解析】

某礦渣的主要成分是NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸銨研磨后，600°C焙燒，已知：(NH4)2SO4在350℃以上會分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3，在90°C的熱水中浸泡過濾得到浸出液，加入NaF除去鈣離子，過濾得到濾液加入萃取劑得到無機相和有機相，無機相通過一系列操作得到硫酸鎳，有機相循環使用，據此分析解答。

(1)焙燒前將礦渣與(NH4)2SO4混合研磨，混合研磨的目的是增大接觸面積，加快反應速率，使反應更充分；

(2)礦渣中部分FeO在空氣焙燒時與H2SO4反應生成Fe2(SO4)3的化學方程式為4FeO+6H2SO4+O22Fe2(SO4)3+6H2O；

(3) “浸泡”過程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的離子方程式為：Fe3++2H2OFeO(OH)+3H+；根據分析，浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH) 、CaSO4外還含有SiO2；

(4)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+，已知Ca2+濃度小于1.0×10-5mol·L-1時沉淀完全，溶液中c(F)==≈2×103mol/L，故溶液中c(F-)至少為2×103 mol/L；

(5)本工藝中，萃取劑與溶液的體積比()對溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影響如圖所示，最佳取值是亞鐵離子不能被萃取，鎳離子被萃取，的最佳取值是0.25；由Fe2+(水相)+2RH(有機相)FeR(有機相)+2H+(水相)可知，加酸，增大氫離子的濃度，使平衡逆向移動，可生成有機相，則應在強酸性介質中“反萃取”能使有機相再生而循環利用；

(6)若將流程圖中浸泡步驟改為如圖步驟(前后步驟不變)，亞鐵離子被雙氧水氧化為鐵離子，除雜過程中要將鐵離子除去但不能使鎳離子沉淀，依據下表數據判斷，pH=3.7時鐵離子完全沉淀，pH=7.1時鎳離子開始沉淀，則調節pH范圍為3.7≤pH<7.1。