Question

四氧化三锰（Mn₃O₄）广泛应用于生产软磁材料、催化材料制备领域。一种以低品位锰矿（含MnCO₃、Mn₂O₃、MnOOH及少量Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂）为原料生产Mn₃O₄的工艺流程如图：

已知：(NH₄)₂SO₄NH₃↑+NH₄HSO₄

回答下列问题：

(1)MnOOH中Mn的化合价为___。

(2) “溶浸”中H₂O₂的作用是___。

(3) “滤渣2”的主要成分有___。

(4) “母液”溶质的主要成分是___，循环利用该物质的方案是___。

(5)氧化”时，将固体加入水中，70℃水浴加热，通空气氧化，将固体全部转化为Mn₃O₄。Mn(OH)₂生成Mn₃O₄的化学方程式为___。反应后溶液pH___（填“增大”、“减小”或“不变”）。

Answer

+3 将+3价Mn元素还原成Mn2+ Fe(OH)3、Al(OH)3 (NH4)2SO4 加热到213~308℃分解生成氨气和NH4HSO4，分别循环到沉锰和溶浸中，或加H2SO4生成NH4HSO4循环到溶浸中 6Mn(OH)2+O22Mn3O4+6H2O 减小

【解析】

锰矿粉(含MnCO3、Mn2O3、MnOOH及少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)加NH4HSO4、H2O2溶浸，MnCO3、Mn2O3、MnOOH转化为Mn2+，Fe2O3、Al2O3转化为Fe2+、Al3+，SiO2不溶而成滤渣1；加入Mn(OH)2调pH=5，此时Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3，成为滤渣2的成分；加入氨水沉锰，此时锰转化为Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4，通空气氧化，70℃水浴加热，即得Mn3O4。

(1)MnOOH中O显-2价，H显+1价，依据化合价的代数为0，可求出Mn的化合价为+3。答案为：+3；

(2) “溶浸”中，有一部分Mn由+3价降为+2价，所以H2O2的作用是将+3价Mn元素还原成Mn2+。答案为：将+3价Mn元素还原成Mn2+；

(3) 由以上分析知，“滤渣2”的主要成分有Fe(OH)3、Al(OH)3。答案为：Fe(OH)3、Al(OH)3；

(4) 由以上分析知，“母液”溶质的主要成分是(NH4)2SO4，循环利用该物质的方案是加热到213~308℃分解生成氨气和NH4HSO4，分别循环到沉锰和溶浸中，或加H2SO4生成NH4HSO4循环到溶浸中。答案为：(NH4)2SO4；加热到213~308℃分解生成氨气和NH4HSO4，分别循环到沉锰和溶浸中，或加H2SO4生成NH4HSO4循环到溶浸中；

(5)氧化”时，Mn(OH)2利用70℃水浴加热，通空气氧化，生成Mn3O4，化学方程式为6Mn(OH)2+O22Mn3O4+6H2O。Mn(OH)2呈碱性，Mn3O4难溶于水，所以反应后溶液pH减小。答案为：6Mn(OH)2+O22Mn3O4+6H2O；减小。