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工业中预处理的三种烧

第一种——灼烧

1、定义:

煅烧将固体物质加热到高温以达到脱水、分解或除去挥发性杂质,烧去有机物等目的的操作。在化学实验中灼烧通常除去式样中的有机物和铵盐。

2、操作:

灼烧的方法是将固体放在坩埚中,直接用工业中预处理的三种烧煤气灯或电炉加热,或至于高温电炉中按要求温度进行加热。

3、作用:

原料在空气中灼烧,焙烧的目的主要有两点:

(1)为非金属元素被氧化为高价气态氧化物逸出或氧化成高价态化合物;

(2)为金属元素被氧化为高价态氧化物或高价态化合物。

4、操作温度:

灼烧在实验室中的温度最高温度达1000摄氏度左右。

5、常见应用:

灼烧海带、颜色反应、焰色试验、灼烧失重、灼烧残渣等。

6、高考实例

【例1】碳、硫的含量影响钢铁性能。某兴趣小组用如下流程对钢样进行探究。

工业中预处理的三种烧

(1)钢样中硫元素以FeS形式存在,FeS在足量氧气中灼烧,生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21:8,则该固体产物的化学式为Fe3O4

生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21:8,则Fe、O两种元素的物质的量之比为工业中预处理的三种烧工业中预处理的三种烧=工业中预处理的三种烧,则该固体产物的化学式为Fe3O4

(2)检验钢样灼烧生成气体中的CO2,需要的试剂是AB(填字母)。

A.酸性KMnO4溶液 B.澄清石灰水 C.饱和小苏打溶液 D.浓H2SO4

钢样灼烧生成气体中含有CO2和SO2,二氧化硫也能够使澄清石灰水变浑浊,因此需要用酸性KMnO4溶液反应除去二氧化硫后再用澄清石灰水检验。

【例2】(2021·山东济南市·高三三模)综合利用研究发现,硼镁铁矿(主要成分为工业中预处理的三种烧,含有SiO2、FeO、Fe2O3等杂质)可以制备工业中预处理的三种烧硼酸、铁红和碳酸镁等常用化工试剂,工艺流程图如下:

工业中预处理的三种烧

此流程中灼烧的目的硼镁铁矿经过粉碎增大了与酸的接触面积,提高了反应速率,经过硫酸酸浸得到含有H2SO4、MgSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、H3BO3的混合溶液,SiO2没有溶解,过滤直接除去,加H2O2把Fe2+氧化为Fe3+,再加MgO或者Mg(OH)2等,调节溶液的pH,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,灼烧Fe(OH)3得到铁红Fe2O3

第二种——焙烧

1、定义:

物料(矿石和精矿)在低于其熔化温度的条件下,使其发生脱水、分解、氧化、还原、氯化、硫酸化、结块或球团等过程。

2、分类:

依据焙烧时所发生的化学过程的不同,分为氧化焙烧、还原焙烧、氯化焙烧、硫酸化焙烧;依据其物理状态的不同,分为粉状焙烧和烧结(结块焙烧)。

(1)氯化焙烧:在矿物或盐类中添加氯化剂进行高温处理,使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氧化物,从而同其他组分分离。

(2)硫酸化焙烧:以二氧化硫为反应剂的焙烧过程,通常用于硫化物矿的焙烧,使金属硫化物氧化为易溶于水的硫酸盐。

(3)钠化焙烧:在固体物料中加入适量的氯化钠、硫酸钠等钠化剂,焙烧后产物为易溶于水的钠盐。

(4)碱性焙烧:以纯碱、烧碱或石灰石等碱性物质为反应剂,对固体原料进行高温处理的一种碱解过程。

3、作用:

依据物料的性质和后序加工方法的不同,焙烧具有不同的目的:

(1)使矿石中的非氧化 物矿物变成氧化物,这些氧化物在湿法冶金过程中会转入溶液中以提取金属, 在火法冶金过程中会还原成金属状态;

(2)掉矿石中对冶金过程有害的水分 及其它易挥发组分(如砷、锑等);

(3)使粉状物料变成块状或球团状,利于冶炼过程的进行。

4、影响因素

影响固体物料焙烧的转化率与反应速度的主要因素是焙烧温度、 固体物料的粒度、 固体颗粒外表面性质、物料配比以及气相中各反应组分的分压等。工业上可以通过增加氧气的量、固体充分粉碎、逆流焙烧、适当升温等来提高焙烧效率。

5、操作温度:

为避免物质融化反应温度一般低于熔点,焙烧的温度一般在500摄氏度到1000摄氏度之间。

6、适用条件:

焙烧反应以固-气反应为主,有时兼有固-固、固-液及气-液的相互反应或作用。

7、高考实例

【例1】(2022·安徽芜湖·三模)硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO2等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下:

工业中预处理的三种烧

已知:“混合焙烧”后烧渣含MnsO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

此流程中利用焙烧的原因:高锰矿含有FeS,“混合焙烧”可以将金属硫化物转化为金属氧化物,同时除去硫元素,故“混合焙烧”主要目的是除去矿物中的硫元素(或将硫化物转变为金属氧化物)

【例2】【2021山东高考17】工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7•2H2O)的工艺流程如图。回答下列问题:

工业中预处理的三种烧

此实验中焙烧的目的是将FeCr2O4转化为NA2Cr2O4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐,焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是增大反应物接触面积,提高化学反应速率,提高反应物转化率。

【例3】(2022·全国·模拟预测)五氧化二钒(V2O5)在冶金、催化剂、磁性材料等领域有重要作用。实验室以含钒废料(含有V2O3、Fe2O3、Al2O3、CuO、有机物等)来制备V2O5的一种工艺流程如下:

工业中预处理的三种烧

含钒废料中的有机物主要在焙烧工序中除去,通过焙烧除去有机物以及生成适合产物,有机物一般易燃,故在第一步焙烧过程中有机物基本除净

第三种——煅烧

1、定义:

煅烧是指缓和了物质分子结构的内在张力,从而使之能够适应在塑形过程中不断增强的力量,并于完工时更加结实。

2、影响因素:

煅烧温度、气相成分、化合物的热稳定性等。因此根据各种化合物(如碳酸盐、氧化物、氢氧化物一硫化物、含氧酸盐等)的热稳定性不相同,采用控制煅烧温度和气相组成,可以选择性改变某些化合物的组成或发生晶形的转变,再用相应方法处理,可以达到除去杂质和使有用组分离富集的目的。

3、作用:

改变结构,使原料更加结实。

4、操作温度:

煅烧在工业上的温度一般都是大于1200摄氏度。

5、适用条件:

煅烧适于如锤打、扭转和弯曲等处理方式。

6、高考实例

【例1】以白云石(主要成分为CaCO3和MgCO3)为原料制备氧化镁和轻质碳酸钙的一种工艺流程如下:

工业中预处理的三种烧

煅烧所得固体的活性与其中CaO含量及固体疏松程度有关。其他条件相同时,将不同温度下的煅烧所得固体样品加入酸化的酚酞溶液中,引起溶液变色所需时间不同,由此可知煅烧所得固体的活性差异。溶液变色的时间与各样品煅烧温度的关系如图所示。当温度高于950 ℃时,煅烧所得固体易板结,活性降低;当温度低于950 ℃时,活性降低的原因为煅烧温度较低,CaCO3未完全分解,CaO的含量偏低。将不同温度下的煅烧所得固体样品加入水中,也可测量其活性,则此时需测量的数据为相同时间后温度与样品煅烧温度之间的关系。

煅烧温度较低,CaCO3未完全分解,CaO的含量偏低,所以活性降低;氧化钙和水反应放热,氧化钙含量越高与样品与水反应放出的热量越多,所以也可将不同温度下的煅烧所得固体样品加入水中,测量的相同时间后反应液的温度与样品煅烧温度之间的关系,来判断样品的活性。

【例2】(2021·河北衡水中学模拟预测)磷酸钒锂/碳复合材料[Li3V2(PO4)3/C]具有能量密度高,循环寿命长,稳定安全等优点,是一种十分具有商业潜力的电极材料,我国科学家研发的一种制备流程

工业中预处理的三种烧

此流程中煅烧的目的为V2O5与H2C2O4混合反应生成主要含有V2(C2O4)3的溶液A;NH4H2PO4和Li2CO3混合得到含LiHCO3的溶液B,A、B溶液混合加入碳球等导电材料,过滤后洗涤沉淀,经煅烧得到磷酸钒锂/碳复合材料

(责任编辑:化学自习室)
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