Question

由碳酸锰矿(主要成分MnCO₃，还含有FeCO₃、MnO₂、Al₂O₃、SiO₂等)中提取金属锰的一种流程如下：

(1) “酸浸”过程中，提高锰元素浸出率的措施有：适当提高酸的浓度、________________(填一种)。

(2) 保持其他条件不变，在不同温度下对碳酸锰矿进行酸浸，锰元素的浸出率随时间变化如下图所示，则酸浸的最佳温度和时间分别是________。

　　

提取过程中相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH

金属离子	Fe^3^＋	Fe^2^＋	Al^3^＋	Mn^2^＋
开始沉淀的pH	1.8	5.8	3.0	7.8
完全沉淀的pH	3.2	8.8	5.0	9.8

(3) 已知“酸浸”后溶液中锰元素只以Mn^2＋形式存在，则“酸浸”中发生氧化还原反应的离子方程式为________________________________________。

(4) 结合上表，“除铁、铝”时加入氨水控制反应液pH的范围为________。

(5) 若上述流程中加入的H₂O₂不足量，则待电解溶液中会有铁元素残余，进而会影响最终锰的纯度。请设计简要实验方案加以验证待电解溶液中是否含有铁元素： _________________。

(6) 以石墨为电极电解除铁、铝后的溶液获得单质锰。电解废液中可循环利用的溶质是________。

Answer

粉碎碳酸锰矿、适当升温、搅拌等(合理即可) 70 ℃、120 min 2FeCO3＋MnO2＋8H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O 5.0≤pH<7.8(或5.0～7.8) 取样，向其中滴加H2O2后，再滴入KSCN溶液，若溶液变成血红色，则待电解液中含有铁元素 H2SO4

【解析】

锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解，SiO2不与硫酸反应，MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而滤液里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣Ⅰ中也无MnO2，过滤除去二氧化硅等不溶物，滤渣Ⅰ为SiO2等不溶物。向滤液中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤分离，滤液中含有MnSO4、NH4SO4等，滤渣Ⅱ为Fe(OH)3、Al(OH)3，对滤液电解得到Mn，以此解答该题。

(1)为提高含锰矿物浸出速率，可采取的措施增大反应物浓度、升高温度、增大反应物接触面积等方法，如将矿石粉碎、升温、适当提高硫酸浓度、搅拌；

(2)浸出率越高越好，所用时间越少越好，根据图知，温度越高浸出率越高，但是温度越高需要的能量越高，需要的温度为70℃、时间为120min；

(3)已知“酸浸”后溶液中锰元素只以Mn2＋形式存在，则发生氧化还原反应的离子方程式是亚铁离子或碳酸亚铁被二氧化锰氧化生成铁离子，同时生成锰离子，离子方程式为2FeCO3＋MnO2＋8H＋=2Fe3＋＋Mn2＋＋2CO2↑＋4H2O；

(4)根据表中的数据可知，pH为5.0时，Fe3+、Al3+沉淀完全，pH为7.8时Mn2＋开始沉淀，所以pH的调控范围为5.0∼7.8(或5.0≤pH<7.8)；

(5)则待电解溶液中会有铁元素残余验证待电解溶液中是否含有铁元素，检验亚铁离子即可，方法为：取样，向其中滴加H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液变红（或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若产生蓝色沉淀），则待电解液中含有Fe元素；

(6)根据分析，滤液中含有MnSO4、NH4SO4的溶液，电解发生的反应为：2 MnSO4+2H2O2Mn+O2↑+2H2SO4，硫酸可在该工艺流程中可循环利用。