废镍催化剂回收利用的工艺流程及影响因素分析

废镍催化剂回收利用的工艺流程及影响因素分析

分析废镍触媒(主要成分为Ni，还含有一定量的Al2O3、Fe、SiO2、CaO等)，将其粉碎后用硫酸溶解。SiO2不与硫酸反应。过滤，得含NiSO4、FeSO4、Al2(SO4)3、CaSO4及过量硫酸的滤液。滤渣1为SiO2。向滤液中加入次氯酸钠，使Fe2+氧化为Fe3+，同时调节pH，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。因此，滤渣2为铁元素的沉淀。除铝后，滤液中含有NiSO4和CaSO4。向滤液中加入NH4F，除去Ca2+。过滤，再向滤液中加入(NH4)2C2O4，得草酸镍沉淀。再过滤、洗涤、干燥，得草酸镍晶体。

（1）根据影响反应速度的因素回答问题；

（2）由图可知：①若控制温度为20℃，pH=5，则滤渣2的主要成分为Fe(OH)3；

②若控制温度为80℃，PH=4，则残渣2的主要成分为FeOOH；

（3）氟化钙不溶于水，钙离子和氟离子可生成氟化钙沉淀；

（4）继续往镍沉淀的上层清液中加入(NH4)2C2O4溶液，判断Ni2+是否完全沉淀；

(5)根据甲醛和硫酸镍的反应方程式，计算氧化剂与还原剂的摩尔比；

（6）①配制100ml镀镍试剂时，除准备天平、玻璃棒、烧杯、量筒、橡皮头滴管外，还需要一个100ml的容量瓶；

②由反应Ni2++H2Y2-=NiY2-+2H+可知28.7g镀镍剂中Ni2+的含量为0.40mol，L-1×0.×$\frac{100}{10}$=0.1mol，NiSO4的含量也为0.1mol，其质量为155×0.1g=15.5g。因溶液中的离子为SO42-、Ni2+、NH4+，因此镀镍剂中还应含有(NH4)2SO4，其质量为28.7g-15.5g=13.2g，其物质的量为$\frac{13.2}{132}$mol=0.1mol。据此推断出镀镍剂的化学式。

答：（1）根据影响反应速率的因素，对镍废渣进行粉碎的目的是为了增加反应物的接触面积，提高反应速率，提高镍的浸出率。

因此答案是：增大接触面积，加快反应速度，提高镍的浸出率；

（2）由图可知：①若控制温度为20℃，pH=5，则滤渣2的主要成分为Fe(OH)3。

所以答案是：Fe(OH)3；

②若控制温度为80℃，PH=4，滤渣2主要成分为FeOOH，反应离子方程式为2Fe2++ClO-+3H2O=↓+Cl-+4H+，

因此答案为：2Fe2++ClO-+3H2O=↓+Cl-+4H+；

（3）由以上分析可知，氟化钙不溶于水，钙离子和氟离子能形成氟化钙沉淀，因此滤渣3的主要成分为CaF2。

所以答案是：CaF2；

（4）判断Ni2+是否完全沉淀，静置分层，继续向上层清液中加入（NH4）2C2O4溶液，若无明显现象，则表示沉淀完全。

因此答案是：静置分层，继续向上层清液中加入(NH4)2C2O4溶液，若无明显现象则表示沉淀完成。

（5）甲醛与硫酸镍的反应方程式为H2O+HCHO+=CO2+2Ni+，其中甲醛为还原剂，硫酸镍为氧化剂，因此氧化剂与还原剂的摩尔比为2:1。

所以答案是：2：1；

（6）①配制100ml镀镍试剂时，除准备天平、玻璃棒、烧杯、量筒、橡皮头滴管外，还需要一个100ml容量瓶。

所以答案是：100mL容量瓶；

②根据反应Ni2++H2Y2-=NiY2-+2H+可知28.7g镀镍试剂中Ni2+的含量为0.40mol，L-1×0.×$\frac{100}{10}$=0.1mol，NiSO4的含量也是0.1mol，其质量为155×0.1g=15.5g。因溶液中的离子为SO42-、Ni2+、NH4+，所以镀镍试剂中还应含有(NH4)2SO4，其质量为28.7g-15.5g=13.2g，其含量为$\frac{13.2}{132}$mol=0.1mol。 因此镀镍剂的组成中NiSO4与(NH4)2SO4的量之比为1：1，镍剂的化学式为(NH4)2Ni(SO4)2。

因此答案是：(NH4)2Ni(SO4)2。

点评：本题考查废镍催化剂制备草酸镍晶体的工业过程，侧重物质分离的实验设计和方法应用。主要利用溶液不同pH条件下离子沉淀的不同，控制溶液pH值去除杂质离子。同时考查除杂原理，不引入新的杂质。本题难度中等。