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：

回答下列问题：

(1) MnOOH中Mn元素的化合价为________。

(2)“溶浸”中H₂O₂的作用是________。

(3)“滤渣2”的主要成分有________。

(4)“母液”中溶质的主要成分是________，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反应的化学方程式为________。反应后溶液的________(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 减小

【解析】

锰矿粉(含MnCO3、Mn2O3、MnOOH及少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)加入NH4HSO4、H2O2溶浸，MnCO3、Mn2O3、MnOOH转化为Mn2+，Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+、Al3+，SiO2不溶而成滤渣1；加入Mn(OH)2调节pH=5，此时Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3，成滤渣2；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，即得到Mn3O4。

(1)MnOOH中O元素为-2价，H元素为+1价，根据正负化合价代数和为0计算，Mn的化合价为+3价；

(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价的Mn还原为Mn2+；

(3)由上述分析可知，“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3；

(4)由上述分析，“母液”溶质为(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；

(5)氧化时，Mn(OH)2利用70℃水浴加热，通空气氧化，生成Mn3O4，反应方程式为，Mn(OH)2呈碱性，Mn3O4难溶于水，反应结束后Mn(OH)2的浓度降低，所以反应后溶液pH减小。