我國產銅主要取自黃銅礦(CuFeS2),隨着礦石品位的降低和環保要求的提高,溼法鍊銅的優勢日益突出。該工藝的核...
問題詳情:
我國產銅主要取自黃銅礦(CuFeS2),隨着礦石品位的降低和環保要求的提高,溼法鍊銅的優勢日益突出。該工藝的核心是黃銅礦的浸出,目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三種方法。
Ⅰ.氧化浸出
(1)在硫*介質中用雙氧水將黃銅礦氧化,測得有SO生成。
①該反應的離子方程式爲______________________________________________。
②該反應在25~50 ℃下進行,實際生產中雙氧水的消耗量要遠遠高於理論值,試分析其原因:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.配位浸出
反應原理爲CuFeS2+NH3·H2O+O2+OH-—→[Cu(NH3)4]2++Fe2O3+SO+H2O(未配平)。
(2)爲提高黃銅礦的浸出率,可採取的措施有________________________(至少寫出兩點)。
(3)爲穩定浸出液的pH,生產中需要向氨水中添加NH4Cl,構成NH3·H2ONH4Cl緩衝溶液。某小組在實驗室對該緩衝體系進行了研究:25 ℃時,向a mol·L-1的氨水中緩慢加入等體積0.02 mol·L-1的NH4Cl溶液,平衡時溶液呈中*。則NH3·H2O的電離常數Kb=________(用含a的代數式表示);滴加NH4Cl溶液的過程中水的電離平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動。
Ⅲ.生物浸出
在反應釜中加入黃銅礦、硫*鐵、硫*和微生物,並鼓入空氣,黃銅礦逐漸溶解,反應釜中各物質的轉化關係如圖所示。
(4)在微生物的作用下,可以循環使用的物質有______(填化學式),微生物參與的離子反應方程式爲____________________________________________(任寫一個)。
(5)假如黃銅礦中的鐵元素最終全部轉化爲Fe3+,當有2 mol SO生成時,理論上消耗O2的物質的量爲________。
【回答】
解析:(1)①在硫*介質中用雙氧水將黃銅礦(CuFeS2)氧化生成SO,由於H2O2具有強氧化*,該過程中Fe2+、S2-均被氧化,據此可得CuFeS2+H2O2+H+—→Cu2++Fe3++SO+H2O,結合得失電子守恆、原子守恆和電荷守恆配平該離子方程式。
②H2O2不穩定,受熱易分解,且反應產物Cu2+、Fe3+催化H2O2的分解,故實際生產中雙氧水的消耗量遠高於理論值。
(2)提高黃銅礦的浸出率,即增大反應CuFeS2+NH3·H2O+O2+OH-—→[Cu(NH3)4]2++Fe2O3+SO+H2O向右進行的程度,可透過增大氨水的濃度、增大O2的壓強、分離浸出液、減少[Cu(NH3)4]2+、SO的濃度等措施來實現。
(3)a mol·L-1氨水中加入等體積0.02 mol·L-1 NH4Cl溶液,平衡時溶液呈中*,此時溶液中c(OH-)=c(H+)=1×10-7 mol·L-1,c(NH3·H2O)≈ mol·L-1,c(NH)≈0.01 mol·L-1。NH3·H2O的電離常數Kb===。滴加NH4Cl溶液的過程中,NH的增加抑制氨水的電離,則氨水對水的電離抑制程度減小,故水的電離平衡正向移動。
(4)由反應釜中各物質的轉化關係圖可知,Fe3+被還原爲Fe2+,後在微生物作用下被O2氧化爲Fe3+;S8在微生物作用下,與O2和H2O反應生成H2SO4,而H2SO4又可重新進入反應釜參與反應,故可以循環使用的物質爲Fe2(SO4)3、H2SO4。
(5)由圖中轉化關係可知,黃銅礦(CuFeS2)被O2氧化生成Fe3+、SO,生成2 mol SO的同時,生成1 mol Fe3+,失電子的總物質的量爲1 mol+2×8 mol=17 mol,根據得失電子守恆可知,消耗O2的物質的量爲17 mol×=4.25 mol。
*:(1)①2CuFeS2+17H2O2+2H+===2Cu2++2Fe3++4SO+18H2O
②H2O2受熱分解;產物Cu2+、Fe3+催化H2O2分解等(答出一點即可)
(2)提高氨水的濃度、提高氧壓(其他合理*也可)
(3) 正向
(4)Fe2(SO4)3、H2SO4(或Fe3+、H+)
4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(或S8+12O2+8H2O8SO+16H+)
(5)4.25 mol
知識點:金屬元素的單質及其化合物
題型:綜合題
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