Question

用含砷氧化铜矿[含CuO、Cu₂(OH)₂CO₃、As₂O₃及重金属盐等]制取Cu₂(OH)₂SO₄的工艺流程如下：

(1) 步骤Ⅰ“氨浸”时，控制温度为50～55 ℃，pH约为9.5，含铜化合物转化为[Cu(NH₃)₄]SO₄溶液。

① CuO被浸取的离子方程式为________。

②浸取温度不宜超过55 ℃，其原因是________。

③ Cu^2＋与NH₃结合时，溶液中含铜微粒的物质的量分布分数(δ)与溶液中游离的c(NH₃)的对数值的关系如图所示。若用1 L浸取液(由等物质的量NH₃和NH₄⁺组成)将amolCu₂(OH)₂CO₃全部浸出为[Cu(NH₃)₄]^2＋(CO₃^2-转变为HCO₃^-，不考虑其他反应，溶液体积变化忽略不计)，原浸取液中起始时c(NH₃)应满足的条件是________。

(2) “除AsO₂^-”时，FeSO₄需过量，一方面使AsO₂^-沉淀完全，另一目的是________。

(3) “蒸氨”时发生反应的化学方程式为________。

(4) 为了实现生产过程中物质循环利用，可采取的措施为________。

Answer

CuO+2NH3+2NH4+=[Cu(NH3)4]2＋+H2O 温度过高，会加速NH3的挥发 c(NH3)≥(5a＋1) mol·L－1 生成的Fe(OH)3[或Fe(OH)3—Fe(OH)2]絮状沉淀吸附FeAsO4等含砷微粒 2[Cu(NH3)4]SO4Cu2(OH)2SO4↓＋6NH3↑+(NH4)2SO4 用步骤Ⅴ蒸出的NH3与步骤Ⅵ的滤液配制步骤Ⅰ所需的NH3—(NH4)2SO4浸取液

【解析】

根据流程：用NH3和(NH4)2SO4组成的溶液氨浸含砷氧化铜矿[含CuO、Cu2(OH)2CO3、As2O3及重金属盐等]，含铜化合物转化为[Cu(NH3)4]SO4溶液，同时混有重金属盐和AsO2-，加入硫化铵除去重金属离子，再加入(NH4)2S2O8和FeSO4，沉淀AsO2-，过滤FeAsO4和Fe(OH)3沉淀，得到的溶液主要为(NH4)2SO4和[Cu(NH3)4]SO4溶液，蒸氨、过滤、洗涤得到产品Cu2(OH)2SO4，

(1)①CuO被NH3和(NH4)2SO4组成的溶液浸取得到[Cu(NH3)4]SO4，据此书写；

②温度高，会加速氨气的挥发；

③由图可知：全部浸出为[Cu(NH3)4]2+时lgc(NH3)=0，则此时氨气浓度c(NH3)=1mol/L，再结合反应：Cu2(OH)2CO3+5NH3+3NH4+═2[Cu(NH3)4]2++HCO3-+2H2O分析计算可得；

(2)根据流程中得到FeAsO4和Fe(OH)3沉淀分析；

(3)“蒸氨”时发生反应为[Cu(NH3)4]SO4分解Cu2(OH)2SO4和氨气，结合原子守恒可得；

(4)根据流程分析可得到NH3-(NH4)2SO4浸取液循环使用。

(1)CuO被NH3和(NH4)2SO4组成的溶液浸取得到[Cu(NH3)4]SO4，反应的离子反应为：CuO+2NH3+2NH4+=[Cu(NH3)4]2++H2O；

②浸取温度不宜超过55℃，若是反应温度过高，会加速NH3的挥发；

③a molCu2(OH)2CO3全部浸出为[Cu(NH3)4]2+的反应为：Cu2(OH)2CO3+5NH3+3NH4+=2[Cu(NH3)4]2++HCO3-+2H2O，因此若参与反应的氨气为5amol，浓度为5amol/L，由图可知：全部浸出为[Cu(NH3)4]2+时，lgc(NH3)=0，则此时氨气浓度c(NH3)=1mol/L，因此原浸取液中起始时c(NH3)≥(5a+1)mol/L；

(2)流程中，“除AsO2-”时得到FeAsO4和Fe(OH)3沉淀，FeSO4需过量，一方面使AsO2-沉淀完全，另一目的是生成的Fe(OH)3[或Fe(OH)3-Fe(OH)2]絮状沉淀吸附FeAsO4等含砷微粒；

(3)根据流程，“蒸氨”时发生反应为[Cu(NH3)4]SO4分解Cu2(OH)2SO4和氨气，反应方程式为：

2[Cu(NH3)4]SO4Cu2(OH)2SO4↓＋6NH3↑＋(NH4)2SO4；

(4)用步骤Ⅴ蒸出的NH3与步骤Ⅵ的滤液配制步骤Ⅰ所需的NH3-(NH4)2SO4浸取液可以在生产过程中物质循环利用。