05 再议化工流程

【难点突破】 一、原料预处理的各种方法

1．粉碎或研磨：增大固液（或固气或固固）接触面积，加快反应（溶解）速率，增大原料的转化率（或浸取率）。

2．煅烧或灼烧：不易转化的物质转为容易提取的物质；其他矿转化为氧化物；除去有机物；除去热不稳定的杂质。

3．浸取：向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等。

4．酸浸：溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等。 5．碱浸：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解（沉淀）。 6．水浸：与水接触反应或溶解。

7．水洗：用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等。 8．浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。

xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验【例1】（节选）硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

(1) 步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。 【答案】(1) 碱煮水洗

【解析】(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，油污在碱性条件下容易水解，所以工业上常常用热的碳酸钠溶液清洗，即碱煮水洗。

【对点练习】

1．MgSO4·7H2O可用于造纸、纺织、陶瓷、油漆工业，也可在医疗上用作泻盐。某工业废渣主要成分是MgCO3，另外还有CaCO3、SiO2等杂质。从此废渣中回收MgSO4·7H2O的工艺如下：第一不用硫酸浸出。 “浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有 （要求写出任意一条）。

二、调节溶液的PH:

1．目的：使溶液中的…………金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去。

2．需要的物质：含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，是PH增大的物质如用MgO、Mg（OH）2等等。

3．原则：不管是调高还是调低，原则都是加过量的除杂剂而不引进新的杂质，这里分两种情况（1）如果要得到滤液，可加固体沉淀剂消耗H或OH—，如除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可通过加入CuO、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3等；（2）要得到滤渣，则需加入碱性溶液，如氨水或氢氧化钠溶液。调低PH值的原则与调高PH的原则相同。

4．PH控制的范围：大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH。

5．题目呈现方式：题中通常会以表格数据形式，或“已知信息”给出需求的适宜范围的信息（大于．PH．．．．除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH）；

6．解题步骤：（1）判断溶液呈酸(或碱)性；（2）判断调高还是调低；（3）选择合适的调节试剂。 【例2】（节选）铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单质。湿法炼锌产生的铜镉渣用于生产金属镉的工艺流程如下：

＋

表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 mol·L1)

氢氧化物 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe(OH)3 1.5 3.3 Fe(OH)2 6.5 9.9 Cd(OH)2 7.2 9.5 －

(1)酸浸时粉碎铜镉渣的目的是_______________________________。 (2)操作Ⅰ产生的滤渣主要成分为____________(填化学式)。

(3)①操作Ⅲ中先加入适量H2O2，发生反应的离子方程式为_______ ___________。

②再加入ZnO控制反应液的pH，pH范围为________，判断依据是___________________________ ____ ___。

【答案】(1)增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高原料的浸出率 (2)Cu (3)①2Fe2＋H2O2＋2H===2Fe3＋2H2O

②3.3≤pH＜7.2 根据表格中的信息可知在3.3≤pH＜7.2时，能确保Fe3沉淀完全，而Cd2不会沉淀 【解析】(2)加入稀H2SO4，Zn、Fe、Cd、Co都与稀H2SO4反应，只有Cu不反应，故滤渣为Cu。(3)①加入适量H2O2，将Fe2氧化为Fe3，根据氧化还原规则和质量守恒可知反应的离子方程式为2Fe2＋H2O2＋2H===2Fe3＋2H2O。②加入ZnO提高pH，将Fe3转化为Fe(OH)3过滤除去，同时不能损失Cd2，所以控制反应液的pH范围为3.3～7.2。

【例3】（节选）氧化铁是一种重要的无机材料，化学性质稳定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐热性和对紫外线的屏蔽性，从某种工业酸性废液(主要含Na、Fe2、Fe3、Mg2、Al3、Cl、SO42—)中回收氧化铁流程如图所示：

＋

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－

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＋

＋

10已知：常温下Ksp[Mg(OH)2]＝1.2×10－33 ＝1.0×

－11

Ksp[Fe(OH)2]＝2.2×10－16；Ksp[Fe(OH)3]＝3.5×10－38；Ksp[Al(OH)3]；

(3)常温下，根据已知条件计算在pH＝5的溶液中，理论上下列微粒在该溶液中可存在的最大浓度c(Fe3

＋

)＝_________。

(4)有人用氨水调节溶液pH，在pH＝5时将Fe(OH)3沉淀出来，此时可能混有的杂质是____________(填

化学式，下同)，用___________试剂可将其除去。

10－11 mol/L (4)Al(OH)3 NaOH 【答案】 (3)3.5×

10-38，则【解析】 (3)溶液pH=5，则c(OH-)=10-9mol?L-1，根据Ksp[Fe(OH)3]=3.5×c(Fe)=

3+

Ksp??Fe?OH?3??c(OH)-9

-13?=3.5×10-11mol?L-1；(4)根据Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，可计算出溶液pH=5时，

c(OH)=10mol?L，c(Al)=

-3+

Ksp??Al?OH?3??c(OH)3?=1.0×10-6＜1.0×10-5，Al3+也几乎完全沉淀，Mg2+没有沉淀故

可能混有的杂质是Al(OH)3；Al(OH)3溶于强碱，而Fe(OH)3不溶，故可用NaOH溶液除去。

【对点练习】

2．欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可以将Cr2O72-转化为Cr(OH)3沉淀除去。已知Cr3的氢氧化物开

＋

始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为5.0和7.0，Fe3+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为2.7和3.7，Fe2+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为7.6和9.6。（1）某含铬废水处理的主要流程如图所示：

调节溶液pH至 ，可使得到的金属阳离子Fe3+和Cr3+沉淀完全。

3．硫酸工业中废渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO。某探究性学习小组的同学设计以下方案，进行硫酸渣中金属元素的提取实验。

过量盐酸硫酸渣充分反应固体A试剂X溶液B调pH=3.7C固体试剂X溶液DpH=13调固体E溶液F过量CO2固体G溶液H 已知：阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：

沉淀物 Fe(OH)3 Al(OH)3 2 Mg(OH)pH －

3.4 5.2 －

12.4 一水合氨电离常数Kb=1.8×105，其饱和溶液中c(OH)约为1×10-3mol·L-1。 （2）上述流程中两次使用试剂X，推测试剂X是 （填以下字母编号） A．水 B．氧化铝 C．氨水 D．氢氧化钠 三、体系环境氛围及其它条件的控制

（1）蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱，以抑制某些盐的水解；

（2）需要在HCl气流中干燥FeCl3、AlCl3 、MgCl2等含水晶体，以防止水解。如从海水中提取镁，从MgCl2的溶液里结晶析出的是氯化镁结晶水合物，电解熔化氯化镁才能制得金属镁，要去除氯化镁晶体中的结晶水需要在HCl气流中加热，否则煅烧所得的最后固体不是MgCl2，而是熔点更高的MgO， 具有相似情况的还有FeCl3 、AlCl3等；

（3）营造还原性氛围：加热煮沸酸液后再冷却，其目的是排除酸溶液中的氧气，如用废铁制备绿矾晶体，需要把硫酸加热煮沸后再加入，同时还不能加入过量，防止Fe2+被氧化；

（4）营造氧化性氛围：加入氧化剂进行氧化，如加入绿色氧化剂 H2O2 将 Fe2+ 氧化转化为Fe3+等 。 四、温度的控制

1．加热：（1）加快反应速率或溶解速率；（2）促进平衡向吸热方向移动；（3）除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3 、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质；（4）使沸点相对较低或易升华的原料气化。