Question

氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：

已知：①菱锰矿石主要成分是MnCO₃，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素；

②相关金属离子[c(Mⁿ⁺)=0.1 mol·L⁻¹]形成氢氧化物沉淀的pH如下：

金属离子	Al^3^+	Fe^3^+	Fe^2^+	Ca^2^+	Mn^2^+	Mg^2^+
开始沉淀的pH	3.8	1.5	6.3	10.6	8.8	9.6
沉淀完全的pH	5.2	2.8	8.3	12.6	10.8	11.6

回答下列问题：

(1)“焙烧”时主要反应的化学方程式为__________________。

(2)分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是：_________________。

(3)浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入MnO₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式为________________________；然后调节溶液pH使Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全。

(4)碳化结晶时，发生反应的离子方程式为___________，碳化结晶过程中不能用碳酸铵溶液代替碳酸氢铵溶液可能的原因是___________________。

(5)流程中能循环利用的固态物质是____________。

Answer

MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O 500℃ m(NH4Cl)∶m(锰矿粉)=1.10 60min MnO2＋2Fe2＋＋4H＋＝Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O Mn2＋＋2HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O 碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(OH-)较大，易产生Mn(OH)2沉淀 NH4Cl

【解析】

根据流程图及题干信息菱锰矿（主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素）与氯化铵混合研磨，焙烧：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，浸出后Fe、Al、Ca、Mg得到相应的离子，浸出液的成分为：Mn2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，再调节溶液的pH为5.2≤pH＜8.8将Al3+、Fe3+变为沉淀除去，进一步除去Mg2+、Ca2+，得到的净化液主要含有Mn2+，加入碳酸氢铵发生反应：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O，过滤，滤饼干燥得到MnCO3产品，滤液的主要成分为氯化铵，蒸发结晶后可以循环使用，据此分析作答。

（1）由分析可知，菱锰矿与氯化铵混合研磨，焙烧，主要发生方程式为：MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O，故答案为：MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

（2）由图1可知，500℃之前的浸出率较低，再升高温度，浸出率变化很小，故氯化铵焙烧菱锰矿的最佳温度是500℃；由图2可知，氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为1.10时浸出率较高，再增加氯化铵的用量，浸出率升高不明显，故氯化铵与菱镁矿粉的最佳质量之比为1.10；由图3可知焙烧60min，浸出率高，再增加焙烧时间，浸出率升高不明显，焙烧的最佳时间为60min；故答案为：500℃；1.10；60min；

（3）净化除杂中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，故答案为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；

（4）由流程分析可知，碳化结晶是指锰离子与碳酸氢铵反应生成碳酸锰、二氧化碳和水，离子方程式为：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(OH-)较大，易产生Mn(OH)2沉淀，所以不能用碳酸铵溶液代替碳酸氢铵溶液，故答案为：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O；碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(OH-)较大，易产生Mn(OH)2沉淀；

（5）由流程分析可知，最后滤液的主要成分为氯化铵，蒸发结晶后可以循环使用，故答案为：NH4Cl。