Question

我市某地的煤矸石经预处理后含SiO₂（63%）、Al₂O₃（25%）、Fe₂O₃（5%）及少量钙镁的化合物等，一种综合利用工艺设计如下：

已知：

离子	开始沉淀pH	完全沉淀pH
Fe^3+	2.1	3.2
Al^3+	4.1	5.4

请回答下列问题：

（1）“酸浸”后得到的残渣中主要含有的物质是             ．物质X的化学式为          ．

（2）“酸浸”时影响铝浸出率的因素可能有（写出两个）          、                ．

（3）为了获得产品Al（OH）₃，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO₃一种试剂，后续操作过程是                                                                       ．

（4）Al（OH）₃可添加到塑料中作阻燃剂的原因是                                         ．

（5）以Al和MnO₂为电极，与NaCl和稀氨水电解质溶液组成一种新型电池，放电时MnO₂转化为MnO（OH）．该电池反应的化学方程式是                                                ．

（6）预处理后的100t煤矸石经上述流程后，得到39t纯度为95%的氢氧化铝产品．则预处理后的100t煤矸石中铝元素的回收率为                    ．

Answer

（1）SiO2；CO2；

（2）酸的浓度；温度；

（3）加入CaCO3调节pH到3.2，过滤除去Fe（OH）3后，再加入CaCO3调节pH到5.4，过滤得到Al（OH）3；

（4）Al（OH）3分解时吸收大量热量且分解生成高熔点的Al2O3；

（5）Al+3MnO2+3H2O=3MnO（OH）+Al（OH）3；

（6）96.9%．

【解析】

试题分析：含SiO2（63%）、Al2O3（25%）、Fe2O3（5%）及少量钙镁的化合物用盐酸酸浸发生的反应为：Al2O3+6H+═2Al3++3H2O；Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O；则过滤的溶液为氯化铁和氯化铝的溶液，加碳酸钙消耗溶液中的氢离子使三价铁离子、三价铝离子都水解生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，所以再加入氢氧化钠，只要氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）3+OH﹣═AlO2﹣+2H2O，所得溶液为偏铝酸钠溶液再通入二氧化碳进一步反应又生成氢氧化铝；

（1）能和酸反应的物质有氧化铝和氧化铁，二氧化硅为残渣；X是碳酸钙和水解中的氢离子反应生成二氧化碳；

（2）酸浸”时铝浸出率的影响因素可能是酸的浓度、温度、反应物的接触面积、反应时间等都影响反应速率；

（3）由于Fe3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，而Al3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4．所以为了得到纯净的Al（OH）3，首先加入CaCO3调节pH到3.2，得到Fe（OH）3，将其过滤除去后；

（4）Al（OH）3的分解反应是吸热反应且生成的氧化铝的熔点高；

（5）根据原电池原理，Al、MnO2和H2O发生氧化还原反应生成MnO（OH）和Al（OH）3；

（6）煤矸石中铝元素的回收率=×100%．

【解析】
含SiO2（63%）、Al2O3（25%）、Fe2O3（5%）及少量钙镁的化合物用盐酸酸浸发生的反应为：Al2O3+6H+═2Al3++3H2O；Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O；则过滤的溶液为氯化铁和氯化铝的溶液，加碳酸钙消耗溶液中的氢离子使三价铁离子、三价铝离子都水解生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，所以再加入氢氧化钠，只要氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）3+OH﹣═AlO2﹣+2H2O，所得溶液为偏铝酸钠溶液再通入二氧化碳进一步反应又生成氢氧化铝；

（1）能和酸反应的物质有氧化铝和氧化铁，二氧化硅不与酸反应，为残渣；X是碳酸钙和水解中的氢离子反应生成二氧化碳，

故答案为：SiO2；CO2；

（2）酸的浓度、温度、反应物接触面积、是否充分搅拌、反应时间等都影响反应速率，

故答案为：酸的浓度；温度；

（3）Fe3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2，Al3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4，要使铁离子完全沉淀而铝离子不沉淀，则溶液的PH应该为3.2，过滤氢氧化铝沉淀时调节溶液pH为5.4，以使氢氧化铝完全沉淀，

故答案为：加入CaCO3调节pH到3.2，过滤除去Fe（OH）3后，再加入CaCO3调节pH到5.4，过滤得到Al（OH）3；

（4）Al（OH）3的分解反应是吸热反应且生成的氧化铝的熔点高，所以Al（OH）3可添加到塑料中作阻燃剂，

故答案为：Al（OH）3分解时吸收大量热量且分解生成高熔点的Al2O3；

（5）根据原电池原理，Al、MnO2和H2O发生氧化还原反应生成MnO（OH）和Al（OH）3，方程式为Al+3MnO2+3H2O=3MnO（OH）+Al（OH）3；

故答案为：Al+3MnO2+3H2O=3MnO（OH）+Al（OH）3；

（6）煤矸石中铝元素的回收率=×100%=×100%=96.9%；

故答案为：96.9%．