Question

粉煤灰是燃煤产生的重要污染物，主要成分有Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO和SiO₂等物质。用硫酸铵固体等试剂提取粉煤灰中Al₂O₃并制取铝的工艺流程如图：

回答下列问题：

(1)已知烟气中含有NH₃，煅烧工序中Al₂O₃参与反应的化学方程式为___。

(2)“滤渣Ⅰ”和“滤渣Ⅲ”主要成分的化学式分别为__、__。

(3)将“滤液Ⅱ”通过__、过滤、洗涤、干燥后得到的晶体可返回__工序中循环利用。

(4)向“滤液Ⅲ”中通入过量CO₂，生成沉淀的离子方程式为__。

(5)电解Al₂O₃制备Al需要冰晶石(Na₃AlF₆)作助熔剂。Na₃AlF₆可由Al(OH)₃、Na₂CO₃和HF反应制得，反应的化学方程式为__。

(6)某工厂利用上述流程从m吨粉煤灰中制得n吨Al₂O₃，则原粉煤灰中铝的质量分数为__。

Answer

Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3+3H2O SiO2 Fe(OH)3和Mg(OH)2 蒸发浓缩、冷却结晶 煅烧 CO2++2H2O=Al(OH)3↓+ 2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF=2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O ×100%

【解析】

煅烧工序中Al2O3与(NH4)2SO4反应生成Al2(SO4)3和NH3，化学方程式为Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3+3H2O，同理：Fe2O3、MgO分别生成Fe2(SO4)3、MgSO4，SiO2不与硫酸铵反应，加水溶解，过滤，滤渣Ⅰ主要成分是SiO2，滤液Ⅰ中加氨水形成Al(OH)3、Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀，是滤渣Ⅱ的成分，沉淀中加过量的NaOH溶液，只有Al(OH)3溶解生成NaAlO2，向“滤液Ⅲ”中通入过量CO2，生成沉淀，离子方程式为CO2++2H2O=Al(OH)3↓+；Al(OH)3加热分解得Al2O3，电解熔融的Al2O3生成铝。

(1)已知烟气中含有NH3，煅烧工序中Al2O3参与反应的化学方程式为Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3+3H2O。故答案为：Al2O3+3(NH4)2SO4Al2(SO4)3+6NH3+3H2O；

(2)SiO2不与硫酸铵反应，加水溶解，过滤，滤渣Ⅰ主要成分是SiO2；滤渣Ⅱ的成分Al(OH)3、Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀，加过量的NaOH溶液，只有Al(OH)3溶解生成NaAlO2，“滤渣Ⅲ”主要成分的化学式分别为Fe(OH)3和Mg(OH)2。故答案为：SiO2；Fe(OH)3和Mg(OH)2；

(3)“滤液Ⅱ”主要成分是硫酸铵，将“滤液Ⅱ”通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥后得到的晶体可返回煅烧工序中循环利用。故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；煅烧；

(4)“滤液Ⅲ”的主要成分是NaAlO2，向“滤液Ⅲ”中通入过量CO2，生成Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠，离子方程式为CO2++2H2O=Al(OH)3↓+。故答案为：CO2++2H2O=Al(OH)3↓+；

(5)电解Al2O3制备Al需要冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂。Na3AlF6可由Al(OH)3、Na2CO3和HF反应制得，同时生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF=2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。故答案为：2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF=2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O；

(6)某工厂利用上述流程从m吨粉煤灰中制得n吨Al2O3，根据Al元素守恒可得煤灰中Al的质量为，则原粉煤灰中铝的质量分数为=×100%，故答案为：×100%。