Question

某课题组以硫铁矿烧渣（含 Fe₂O₃、 Fe₃O₄、 Al₂O₃、 CaO、 SiO₂ 等）为原料制取软磁用 Fe₂O₃（要求纯度>99.2%， CaO 含量<0.01%）。其工艺流程如下(所加入试剂均稍过量)：

已知：生成氢氧化物的 pH 如下表所示

（1）滤渣 A 的主要成分是__________。

（2）在过程Ⅱ中可观察到产生少量气泡，溶液颜色慢慢变浅。能解释该实验现象的离子方程式有__________。

（3）在过程Ⅱ中，课题组对滤液 A 稀释不同倍数后,加入等质量的过量铁粉,得出 Fe³⁺浓度、还原率和反应时间的关系如图所示：结合上述实验结果说明：课题组选择稀释后c(Fe³⁺)为 1.60mol/L 左右的理由是______。

（4）在过程Ⅲ中，课题组在相同条件下，先选用了不同沉钙剂进行实验，实验数据见下表：（已知：滤液 B 中钙的含量以 CaO 计为 290—310mg/L）

沉钙剂	Na2SO3	H2C2O4	(NH4)2CO3	Na2CO3	NH4F
用量/g	2	2	2	5	2
剩余CaO/mg/L)	290	297	290	190	42

根据实验结果， 选择适宜的沉钙剂，得到滤渣 C 的主要成分有__________。

（5）在过程Ⅳ中，反应温度需要控制在 35℃以下，不宜过高，其可能的原因是__________。

（6）在过程Ⅴ中，反应的化学方程式是__________。

Answer

SiO2 Fe+2H+=Fe2++H2↑ Fe+2Fe3+=3Fe2+ c(Fe3+)在1.60mol/L左右时，反应速率更快，Fe3+的还原率更高CaF2、Al(OH)3 温度过高，(NH4)2CO3易分解4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2↑

【解析】

试题由题中流程可知，烧渣在加热的条件下经硫酸浸取后，过滤除去不溶物二氧化硅后，向滤液A中加入足量铁粉把Fe3+还原为Fe2+，过滤得滤液B，向滤液B中加入氨水调到pH=6.0，使Al3+完全转化为氢氧化铝沉淀，然后加入沉淀剂并加热，待滤液中Ca2+完全沉淀后过滤，向滤液C中加入碳酸铵溶液，过滤、洗涤，得到碳酸亚铁，最后将碳酸亚铁在空气中加热得到氧化铁。

（1）浇渣中只有SiO2不溶于硫酸，故滤渣 A 的主要成分是SiO2。

（2）在过程Ⅱ中可观察到产生少量气泡，溶液颜色慢慢变浅。该过程共有两个离子反应发生，其离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑。

（3）由Fe3+浓度、还原率和反应时间的关系曲线可知，c(Fe3+)在1.60mol/L左右时，反应速率更快（在很短的时间内达到很高的还原率），Fe3+的还原率更高，故课题组选择稀释后c(Fe3+)为 1.60mol/L左右。

（4）由表中实验数据可知，在相同的条件下，选择NH4F作为沉钙剂时，滤液B中钙的含量最低，故应选择NH4F作为沉钙剂，得到滤渣 C 的主要成分有CaF2、Al(OH)3。

（5）在过程Ⅳ中，使用了碳酸铵作为沉淀剂，反应温度需要控制在35℃以下，不宜过高，其可能的原因是：温度过高，(NH4)2CO3易分解。

（6）在过程Ⅴ中，碳酸亚铁在空气中加热得到氧化铁，反应的化学方程式是4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2↑ 。