Question

目前我国主要采用硫酸法生产钛白（TiO₂），每年产生至少100万吨钛白废液，其中含H₂SO₄约20%，还有少量Fe²⁺、TiO²⁺、Al³⁺。利用钛白废液浸出氧化锌生产七水硫酸锌，具有原料易得、工艺简单、回收率高和产品纯度高等优点。生产流程简化如下：

回答下列问题：

（1）“浸出”时发生的主要反应的离子方程式为_______。

（2）为寻找“浸出”的最佳条件，做9组对比实验得下表：

因素	温度/℃	反应时间/h	固液比	产率/%
1	70	2	1∶6.5	79.83
2	70	3	1∶7.5	86.18
3	70	4	1∶8.5	84.33
4	80	2	1∶7.5	83.06
5	80	3	1∶8.5	87.02
6	80	4	1∶6.5	95.38
7	90	2	1∶8.5	83.58
8	90	3	1∶6.5	88.95
9	90	4	1∶7.5	89.64

由表中数据可知，“浸出率”最高时的反应条件是_______。

（3）从生产实际考虑，调滤液的pH时选择加入石灰乳的原因是_______。

（4）常温下，按1:6固液质量比反应的浸出液中锌离子浓度最大值约为2.5mol/L，若K_sp[Zn(OH)₂]＝1.2×10^-17，lg4.8≈0.68。则加入石灰乳调节的pH应不超过______（保留一位小数）。

（5）在加热下鼔入空气时，发生反应的化学方程式是___，此时TiO²⁺也会水解生成H₂TiO₃沉淀，发生反应的离子方程式为_____。

（6）加热下加入H₂O₂目的是进一步氧化除杂，氧化产物为__。抽滤得到的滤渣主要成分有___和H₂TiO₃（填化学式）。

Answer

ZnO＋2H+==Zn2+＋H2O 80℃，反应时间4h，固液比1∶6.5 氢氧化钙价格低廉，并有较强的碱性 5.3 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O==4Fe(OH)3 TiO2+＋2H2O ==H2TiO3↓＋2H+ Fe(OH)3 CaSO4、Fe(OH)3、Al(OH)3

【解析】

钛白废液中含H2SO4约20%，还有少量Fe2+、TiO2+、Al3+。钛白废液中的酸与氧化锌反应，将氧化锌溶解，过滤除去不溶物，在滤液中加入石灰乳调节溶液的pH，可以使亚铁离子、铝离子沉淀，并使TiO2+水解生成沉淀，鼓入空气将氢氧化亚铁充分氧化转化为溶解度更小的氢氧化铁沉淀，混合液经过抽滤得到硫酸锌溶液，蒸发浓缩，冷却晶体得到硫酸锌晶体，据此分析解答。

(1)“浸出”时钛白废液中的酸与氧化锌反应，反应的离子方程式为ZnO＋2H+=Zn2+＋H2O，故答案为：ZnO＋2H+=Zn2+＋H2O；

(2)根据表格数据可知，温度在80℃，反应时间在4h左右，固液比为1∶6.5时，“浸出率”最高达95.38%，故答案为：80℃，反应时间4h，固液比1∶6.5；

(3)从生产实际考虑，工业生产一般都需要考虑成本，由于氢氧化钙价格低廉，并有较强的碱性因此调滤液的pH时选择加入石灰乳，故答案为：氢氧化钙价格低廉，并有较强的碱性；

(4)氢氧化锌刚好开始沉淀时，c(OH-)===4.8×10-8 mol/L，此时pH=14-[-lg(4.8×10-8)]≈14-(8+0.68) ≈ 5.3，为了除去溶液中的杂质离子，而不沉淀锌离子，溶液的pH应不超过5.3，故答案为：5.3；

(5)在加热下鼔入空气时，生成的氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，此时TiO2+也会水解生成H2TiO3沉淀，反应的离子方程式为TiO2+＋2H2O =H2TiO3↓＋2H+，故答案为：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；TiO2+＋2H2O =H2TiO3↓＋2H+；

(6)加热下加入H2O2目的是进一步氧化除去氢氧化亚铁杂质，氧化生成氢氧化铁沉淀；根据(5)的提示，抽滤得到的滤渣中除了含有Fe(OH)3、H2TiO3外，硫酸钙微溶于水，还应该含有加入石灰乳生成的硫酸钙沉淀，加入石灰乳，溶液中的铝离子会生成氢氧化铝沉淀，故答案为：CaSO4、Fe(OH)3、Al(OH)3。