化学工业流程题-原料预处理的常用方法及其作用

工业流程题目向来是高考化学大题之一，其通常占有不小的分值，常以某种物质(目标产物)的制备为基础，涉及原料的预处理、物质的制备原理、产品的分离及提纯等具体的操作步骤。其中预处理的目的是使原料中待提取元素的状态，由难浸出的化合物或单质转变成易浸出的化合物。在这里侯哥将介绍一些原料预处理的常用方法及其作用，希望能对同学们有所帮助。

对原料进行预处理的常用方法及其作用1.研磨、粉碎、雾化：将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分。目的：提高原料转化率、利用率、浸取率，提高产品的产率等。增大接触面积的方法：固体——粉碎、研磨；液体——喷洒；气体——用多孔分散器等。2.浸取(即浸出/溶解)：向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，以便于后继的转化或分离。包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等。水浸：与水接触反应或溶解，使原料变成离子进入溶液中。酸浸：把预处理得到的物料与酸[如：用(浓)硫酸、盐酸等]溶液进行反应，使物料中的碱性或两性氧化物转化为相应的盐、并用酸抑制该盐的水解同时除去不溶于该酸的杂质(如SiO₂或CaSO₄等)。碱浸：去油污，在碱性溶液中使两性化合物(Al₂O₃、ZnO等)溶解，溶解铝、二氧化硅(加碱量不宜过多)等，不溶物通过过滤除去的过程。醇浸：提取有机物，常采用有机溶剂(乙醚，二氯甲烷等)浸取的方法提取有机物3.浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(工业上往往为了追求更多转化)提高浸出率的措施：①将矿石研成粉末，提高接触面积；②搅拌，使反应更加充分；③增大反应物(酸、碱)的浓度；④适当升温(加热)；⑤延长浸出时间。4.灼烧：物质在高温条件下发生脱水、分解、挥发等化学变化的过程。反应温度在1000℃左右，使用的仪器比较多样如煤气灯、电炉等。灼烧海带、焰色试验、灼烧失重、灼烧残渣等。5.焙烧：反应物与空气、氯气等氧化性气体或其他添加进去的物质（如硫酸）发生化学反应（所以焙烧分为氧化焙烧、硫酸化焙烧和氯化焙烧等）。以气固反应为主，为避免物质融化反应温度一般低于熔点，在500～1500℃之间。使用专门的化工装置如沸腾炉、焙烧炉等。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。原料在空气中灼烧、焙烧的目的主要有两点：一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；二为金属元素被氧化为高价态氧化物或高价态化合物。6.煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。例题1.氯化磷酸三钠[(Na₃PO₄·12H₂O)₄·NaClO]的熔点为62℃，常温下较稳定，受热易分解，具有良好的灭菌、消毒、漂白作用，可广泛地用于医院、餐馆、食品加工等行业。一种以磷矿石[主要成分为Ca₅(PO₄)₃F]为原料生产氯化磷酸三钠的工艺流程如图。回答下列问题：磷矿石制成磷矿粉的目的是___________【答案】将磷矿石制成磷矿粉，可以增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应更加充分。2．硝酸铜晶体[Cu(NO₃)₂·6H₂O]，是一种重要的化工原料，常用于农药、镀铜、搪瓷等工业。以辉铜矿(主要成分为Cu₂S，含少量Fe₂O₃、SiO₂等杂质)为原料制备硝酸铜晶体的某工艺如图所示。回答下列问题：

“浸取”时，为了提高浸取率可采取的措施有___________(任写一点)【答案】粉碎辉铜矿、适当提高温度、不断地搅拌【详解】为了提高浸取率可采取的措施有：粉碎辉铜矿，可以增大接触面、适当提高温度，可以加快反应速率、不断地搅拌，可以充分浸取。3．某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO₄·7H₂O)：

“碱浸”中NaOH的两个作用分别是___________【答案】除去油脂，溶解铝及其氧化物【详解】由题给条件可知，该废镍催化剂表面覆有油脂，且其中含有Ni、Al、Fe及其氧化物等，“碱浸”时，油脂在氢氧化钠溶液中水解而被除去，铝及其氧化物也会与氢氧化钠溶液反应而被除去，“碱浸”中NaOH的两个作用分别是：除去油脂、溶解铝及其氧化物。4．草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料(主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、MgO、碳及有机物等)制取CoC₂O₄的工艺流程如下：

“550℃焙烧”的目的是___________【答案】除去碳和有机物【详解】550℃焙烧含钴废料（主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、MgO、碳及有机物等）除去碳和有机物，加入氢氧化钠溶液，其中Al₂O₃溶解生成NaAlO₂，Co₂O₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、MgO不溶过滤，则浸出液的主要为NaAlO₂，向过滤得到的固体加入稀硫酸和亚硫酸钠，Na₂SO₃将Co³⁺、Fe³⁺还原为Co²⁺、Fe²⁺，可得CoCl₂、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂，在40～50℃加入H₂O₂，氧化Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再升温至80～85℃，加入Na₂CO₃调pH至4.5，可得到Fe(OH)₃沉淀，过滤后所得滤液主要含有CoCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去钙、镁，过滤后，滤液中主要含有CoCl₂，加入草酸铵溶液得到草酸钴，据此分析解答。5.碱式硫酸铝[(1-x)Al₂(SO₄)₃·xAl(OH)₃]溶液可用于烟气脱硫。实验室用粉煤灰(主要含Al₂O₃、SiO₂等)制备碱式硫酸铝溶液，实验流程如下：

已知“调pH”的反应为(2-x)Al₂(SO₄)₃＋3xCaCO₃＋3xH₂O=2[(1-x)Al₂(SO₄)₃·xAl(OH)₃]＋3xCaSO₄＋3xCO₂↑。“酸浸”时适当增大H₂SO₄溶液浓度的目的是___________，能达到相同目的的方法还有___________(任写一种)【答案】加