Question

高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c₀(Mⁿ⁺)=0.1mol·L⁻¹]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子	Mn^2^+	Fe^2^+	Fe^3^+	Al^3^+	Mg^2^+	Zn^2^+	Ni^2^+
开始沉淀的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）“滤渣1”含有S和___；在稀硫酸“溶浸”中二氧化锰与硫化锰发生氧化还原反应，还原剂是__，写出化学方程式___。

（2）“氧化”中添加适量的MnO₂的作用是__。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为__～6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn²⁺和Ni²⁺，“滤渣3”的主要成分是__。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF₂沉淀除去Mg²⁺。若溶液酸度过高，Mg²⁺沉淀不完全，原因是__。

（6）写出“沉锰”的离子方程式__。

（7）工业上常用NH₄HCO₃做金属离子的沉淀剂，而不用Na₂CO₃或NaHCO₃，其优点是NH₄HCO₃溶解度大，容易洗涤，过量时受热易分解，便于分离除去。写出分解的化学方程式__。

Answer

SiO2（不溶性硅酸盐） MnS MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O 将Fe2+氧化为Fe3+ 4.7 NiS和ZnS F-与H+结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2++2F-平衡向右移动 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O

【解析】

根据流程：二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)在硫酸中酸浸，主要的反应为：MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤渣1含有S和SiO2，滤液含有Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋，加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氨水调节pH在4.7～6之间，除去Fe3＋、Al3＋，滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液中加入Na2S除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是NiS和ZnS，加入MnF2生成MgF2沉淀除去Mg2＋，滤渣4为MgF2，滤液主要含有Mn2＋，加入碳酸氢铵发生反应：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，用硫酸溶解碳酸锰得到产品硫酸锰，据此分析作答。

(1)Si元素以SiO2(不溶性硅酸盐)的形式存在，SiO2(不溶性硅酸盐)不溶于硫酸，“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应为：MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O，MnS为还原剂，滤渣1含有S和SiO2(不溶性硅酸盐)；

故答案为：SiO2(不溶性硅酸盐)；MnS ；MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O；

(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋；故答案为：将Fe2＋氧化为Fe3＋；

(3)根据分析，调节pH的目的是除去Fe3＋、Al3＋，但不沉淀Mn2＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋，根据表pH的范围为4.7～6；故答案为：4.7；

(4)加入Na2S除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是NiS和ZnS；故答案为：NiS和ZnS；

(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋，若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，因为F−与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2⇌Mg2＋＋2F−平衡向右移动；故答案为：F−与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2⇌Mg2＋＋2F−平衡向右移动；

(6)根据分析和流程，沉锰的反应为：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；故答案为：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(7)NH4HCO3分解的化学方程式为：NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O；故答案为：NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O。