Question

醋酸镍[(CH₃COO)₂Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al₂O₃、FeO、CaO、SiO₂)为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：

T ℃时相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH	物质	T ℃时溶解性(H2O)
Fe^3^＋	1.1	3.2	CaSO4	微溶
Fe^2^＋	5.8	8.8	NiF2	可溶
Al^3^＋	3.0	5.0	CaF2	难溶
Ni^2^＋	6.7	9.5	NiCO3	Ksp＝1.00×10^－^5

(1)“酸浸”前将废料粉碎，其目的是____________________。

(2)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是________________。

(3)滤渣1主要成分的化学式是CaSO₄和_____，滤渣3主要成分的化学式______。

(4)写出氧化步骤中加入H₂O₂发生反应的离子方程式：_______________。

(5)酸浸过程中，1 mol NiS失去6N_A个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应化学方程式：______________________。

(6)沉镍过程中，若c(Ni^2＋)=2.0 mol/L，欲使100 mL该滤液中的Ni^2＋沉淀完全[c(Ni^2＋)≤1.0×10^－5 mol/L]，则需要加入Na₂CO₃(M=106 g/mol)固体的质量最少为_____g。

(7)加入醋酸进行酸溶得到醋酸镍溶液，一定条件指的是 ________、________过滤、洗涤、干燥得到醋酸镍产品。

Answer

加快反应速度，提高镍的浸出率 5.0≤pH<6.7 SiO2 CaF2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O 31.8 蒸发浓缩 冷却结晶

【解析】

制取醋酸镍的工艺流程为：含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，NiS、Al2O3、FeO、CaO会发生反应，NiS、Al2O3、FeO产生相应的盐进入溶液，SiO2不能反应，CaO反应后转化为微溶于水的CaSO4，所以反应后过滤，滤渣1为二氧化硅和硫酸钙，浸出液含有Ni2+、Fe2+、Al3+、Ca2+，加H2O2把溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，然后加NaOH调节pH，使Al3+、Fe3+转化为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3，同时Ni2+不能转化为沉淀，所以调节pH的范围5.0≤pH<6.7，向溶液中加入NH4F，溶液中的Ca2+与F-会发生反应产生CaF2沉淀，过滤，滤渣3为CaF2，向滤液中加碳酸钠生成NiCO3沉淀，过滤，滤渣中加醋酸溶解，生成(CH3COO)2Ni溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶得到(CH3COO)2Ni固体。

(1)“酸浸”前将废料粉碎，其目的是可增大固体接触面积，从而提高了镍的浸出率。

(2)H2O2把溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，然后加NaOH调节pH，使Al3+、Fe3+转化为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3，同时Ni2+不能转化为沉淀，所以调节pH的范围5.0≤pH<6.7。

(3)根据上述分析可知滤渣1主要成分的化学式是CaSO4和SiO2，向含有Ni2+的滤液中加入NH4F，溶液中的Ca2+与F-会发生反应产生CaF2沉淀，所以滤渣3主要成分的化学式CaF2。

(4)在氧化步骤中，加入H2O2，可以发生氧化还原反应，把Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。

(5)在用H2SO4、HNO3进行酸浸过程中，1 mol NiS失去6NA个电子，被氧化产生NiSO4，同时得到SO2、NO两种无色有毒气体。该反应化学方程式：NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O。

(6)已知NiCO3的Ksp=1.0×10-5，使100ml该滤液中的Ni2+沉淀物完全，则c(Ni2+)≤10-5mol/L，溶液中c(CO32-)=mol/L=1.0mol/L，与Ni2+反应的n(CO32-)=2mol/L×0.1L=0.2mol，则加入的碳酸钠的总物质的量：n(CO32-)=0.2mol+1.0mol/L×0.1L=0.3mol，所以需要加入Na2CO3固体的质量最少m(Na2CO3)=0.3mol×106g/mol=31.8g；

(7)加入醋酸进行酸溶得到醋酸镍溶液，将该溶液蒸发浓缩、冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥得到醋酸镍产品。