Question

18．釩（V）是重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、航空、化工等行業(yè)．石煤是低品位的含釩礦石，其中釩元素主要以VO₂、V₂O₃、V₂O₅形式存在．工業(yè)上以石煤為原料，采用鈣化焙燒提釩和鈉化焙燒提釩的部分工藝如下：

（注：固體1和溶液1含釩物質(zhì)的主要成分相同．）
回答下列問題：
（1）“鈣化焙燒提釩”工藝中，可能用到的工業(yè)設(shè)備有AB．
A．離心機(jī)        B．焙燒爐       C．離子交換柱        D．分餾塔
（2）“鈣化焙燒提釩”工藝中，VO₂、V₂O₃均被氧化為V₂O₅，再與CaO反應(yīng)．
①由V₂O₃得到Ca（VO₃）₂的化學(xué)方程式為V₂O₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$V₂O₅，V₂O₅+CaO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ca（VO₃）₂．在此生產(chǎn)工藝中，CaO可用CaCO₃替代．
②“浸取”操作中反應(yīng)的離子方程式為Ca（VO₃）₂+CO₃^2-=CaCO₃↓+2VO₃^-．[已知Ca（VO₃）₂在水中的溶解度很小]
③NH₄VO₃焙燒時產(chǎn)生的堿性氣體A可循環(huán)利用，具體措施是用鹽酸吸收堿性氣體生成氯化銨用于中性沉釩．
（3）“鈉化焙燒提釩”工藝中，固體1的含釩物質(zhì)化學(xué)式為NaVO₃．其焙燒過程需通入空氣，反應(yīng)的氣體產(chǎn)物Cl₂、HCl會污染環(huán)境，可用NaOH（填化學(xué)式）吸收以達(dá)到循環(huán)利用的目的．
（4）以V₂O₅為原料，通過鋁熱反應(yīng)冶煉釩，化學(xué)方程式為10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．某石煤中礬元素的含量為1.2%，使用“鈉化焙燒提釩”工藝，礬的總回收率為77%，則10t石煤理論上最多可以生產(chǎn)0.092t金屬釩．（計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 石煤是低品位的含釩礦石，其中釩元素主要以VO₂、V₂O₃、V₂O₅形式存在，采用鈣化焙燒提釩和鈉化焙燒提釩的部分工藝為，石煤加入氧化鈣鈣化焙燒，加入碳酸鈉溶液浸取得到碳酸鈣和溶液1，溶液1處理后加入氯化銨中性沉釩，得到NH₄VO₃，焙燒得到V₂O₅和減小氣體氨氣，電解五氧化二釩得到金屬釩，加入氯化鈉進(jìn)行石煤鈉化焙燒得到氯氣、氯化氫和固體1為NaVO₃，加入氯化銨沉釩焙燒得到V₂O₅，電解得到金屬釩，
（1）“鈣化焙燒提釩”工藝中需要焙燒爐和分離裝置離心機(jī)；
（2）①由V₂O₃得到Ca（VO₃）₂的反應(yīng)是三氧化二釩和氧氣反應(yīng)生成五氧化二釩，五氧化二釩和氧化鈣反應(yīng)生成Ca（VO₃）₂；氧化鈣可以利用碳酸鈣高溫分解生成；
②“浸取”操作中反應(yīng)是利用加入的碳酸鈉和Ca（VO₃）₂反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和溶液1，Ca（VO₃）₂在水中的溶解度很小書寫離子方程式寫化學(xué)式；
③NH₄VO₃焙燒時產(chǎn)生的堿性氣體A為氨氣，可以利用氨氣和氯化氫氣體反應(yīng)生成氯化銨可循環(huán)利用；
（3）“鈉化焙燒提釩”工藝中，固體1和溶液1含釩物質(zhì)的主要成分相同，固體1的含釩物質(zhì)為NaVO₃，反應(yīng)的氣體產(chǎn)物Cl₂、HCl會污染環(huán)境，可以用氫氧化鈉溶液吸收；
（4）以V₂O₅為原料，通過鋁熱反應(yīng)冶煉釩是利用鋁還原V₂O₅生成釩單質(zhì)和氧化鋁，依據(jù)釩元素的利用率和元素計算．

解答 解：石煤是低品位的含釩礦石，其中釩元素主要以VO₂、V₂O₃、V₂O₅形式存在，采用鈣化焙燒提釩和鈉化焙燒提釩的部分工藝為，石煤加入氧化鈣鈣化焙燒，加入碳酸鈉溶液浸取得到碳酸鈣和溶液1，溶液1處理后加入氯化銨中性沉釩，得到NH₄VO₃，焙燒得到V₂O₅和減小氣體氨氣，電解五氧化二釩得到金屬釩，加入氯化鈉進(jìn)行石煤鈉化焙燒得到氯氣、氯化氫和固體1為NaVO₃，加入氯化銨沉釩焙燒得到V₂O₅，電解得到金屬釩，
（1）“鈣化焙燒提釩”工藝中需要焙燒爐和分離裝置離心機(jī)，不需要離子交換和蒸餾，故答案為：AB；
（2）①由V₂O₃得到Ca（VO₃）₂的反應(yīng)是三氧化二釩和氧氣反應(yīng)生成五氧化二釩，五氧化二釩和氧化鈣反應(yīng)生成Ca（VO₃）₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：V₂O₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$V₂O₅，V₂O₅+CaO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ca（VO₃）₂，氧化鈣可以利用碳酸鈣高溫分解生成，在此生產(chǎn)工藝中，CaO可用CaCO₃代替，
故答案為：V₂O₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$V₂O₅，V₂O₅+CaO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ca（VO₃）₂，CaCO₃；
②“浸取”操作中反應(yīng)是利用加入的碳酸鈉和Ca（VO₃）₂反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和溶液1，Ca（VO₃）₂在水中的溶解度很小書寫離子方程式寫化學(xué)式，離子方程式為：Ca（VO₃）₂+CO₃^2-=CaCO₃↓+2VO₃^-，
故答案為：Ca（VO₃）₂+CO₃^2-=CaCO₃↓+2VO₃^-；
③NH₄VO₃焙燒時產(chǎn)生的堿性氣體A為氨氣，可以利用氨氣和氯化氫氣體反應(yīng)生成氯化銨可循環(huán)利用，具體措施是：用鹽酸吸收堿性氣體生成氯化銨用于中性沉釩，
故答案為：用鹽酸吸收堿性氣體生成氯化銨用于中性沉釩；
（3）固體1和溶液1含釩物質(zhì)的主要成分相同，固體1的含釩物質(zhì)為NaVO₃，反應(yīng)的氣體產(chǎn)物Cl₂、HCl會污染環(huán)境，可以用氫氧化鈉溶液吸收，
故答案為：NaVO₃，NaOH；
（4）以V₂O₅為原料，通過鋁熱反應(yīng)冶煉釩是利用鋁還原V₂O₅生成釩單質(zhì)和氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，依據(jù)釩元素的利用率和元素計算，某石煤中礬元素的含量為1.2%，使用“鈉化焙燒提釩”工藝，礬的總回收率為77%，則10t石煤理論上最多可以生產(chǎn)釩的質(zhì)量=10t×1.2%×77%=0.0924t≈0.092t，
故答案為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，0.092．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離提純的生成流程分析，主要是信息利用和物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，注意反應(yīng)產(chǎn)物的判斷和化學(xué)方程式書寫，題目難度中等．