Question

氧化钪(Sc₂O₃)是一种稀土氧化物，可用于制作激光、半导体材料。以钪锰矿石(主要含MnO₂、SiO₂及少量Sc₂O₃、Al₂O₃、CaO、FeO)为原料制备Sc₂O₃的工艺流程如图，其中TBP和P507均为有机萃取剂。

回答下列问题：

(1)Sc₂O₃中Sc的化合价为___。

(2)“溶解”时铁屑被MnO₂氧化为Fe³⁺，该反应的离子方程式是___。

(3)“滤渣”的主要成分是___。

(4)“萃取除铁”时铁和钪的萃取率与O/A比(有机相与水相的体积比)的关系如图所示。该工艺中最佳O/A比为___。

(5)有机萃取剂P507萃取Sc³⁺的反应原理为阳离子交换：ScCl₃+3HR=ScR₃+3HCl(HR代表P507)。在“富钪有机相”中反应生成Sc(OH)₃的化学方程式是___。

(6)“萃余液2”中的金属阳离子除Al³⁺、Ca²⁺外，还有___。

(7)Sc₂(C₂O₄)₃在空气中“煅烧”生成Sc₂O₃的化学方程式是___。

(8)某厂用1000kg的钪锰矿制备Sc₂O₃，最终得到Sc₂O₃306g，该矿中含钪的质量分数为___。

Answer

+3 3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O SiO2 2 ScR3+3NaOH=3NaR+Sc(OH)3↓ Mn2+ 2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2 0.02%

【解析】

钪锰矿石(主要含MnO2、SiO2及少量Sc2O3、Al2O3、CaO、FeO)，加入稀硫酸后，溶液中含有Al3+，Fe2+，Ca2+，Sc3+，再加入Fe，可以将二氧化锰还原为Mn2+，铁被氧化成Fe3+，滤渣中含有SiO2，TBP和HCl加入除去Fe3+，得到有机相和萃余液1，萃余液1加入有机萃取剂P507萃取Sc3+，萃余液2中剩余Al3+、Ca2+、Mn2+，富钪有机相加入氢氧化钠后得到反萃固体Sc(OH)3，加入HCl得到ScCl3，加入H2C2O4后得到Sc2(C2O4)3，在空气中煅烧后Sc2O3，据此分析。

(1)Sc2O3中O的化合价为-2价，根据元素的化合价之和等于0，则Sc的化合价为+3价；

(2)“溶解”时铁屑被MnO2氧化为Fe3+，MnO2还原Mn2+，溶液为酸性，有氢离子参与反应，根据元素守恒补齐生成物水，反应的离子方程式：3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；

(3)钪锰矿石中不与硫酸和废铁屑反应的物质为二氧化硅，“滤渣”的主要成分是SiO2；

(4)从图中可以看出，萃取除铁时需要将铁的萃取率最高，钪的萃取率最低，此时该工艺中最佳O/A比为2；

(5)在“富钪有机相”中反应生成Sc(OH)3，ScR3与氢氧化钠反应生成Sc(OH)3，化学方程式是ScR3+3NaOH=3NaR+Sc(OH)3↓；

(6)除去铁离子后，“萃余液1”中含有Sc3+，“萃余液2”中的金属阳离子除Al3+、Ca2+外，还有Mn2+；

(7)Sc2(C2O4)3在空气中“煅烧”生成Sc2O3和二氧化碳的化学方程式是2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2；

(8)某厂用1000kg的钪锰矿制备Sc2O3，最终得到Sc2O3306g，钪元素的质量等于三氧化二钪的质量×钪元素的质量分数，

该矿中含钪的质量分数为。