Question

【題目】以含鋰電解鋁廢渣（主要成分為LiF、AlF3、NaF，少量CaO等）為原料，生產高純度LiOH的工藝流程如圖：（已知：常溫下，LiOH可溶于水，Li2CO3微溶于水）

（1）含鋰電解鋁廢渣與濃硫酸在200~400℃條件下反應2h。“濾渣1”主要成分是___（填化學式）。

（2）“過濾2”需要趁熱在恒溫裝置中進行，否則會導致Li2SO4的收率下降，原因是___。

（已知部分物質的溶解度數據見下表）

溫度/℃	Li2SO4/g	Al2(SO4)3/g	Na2SO4/g
0	36.1	31.2	4.9
10	35.4	33.5	9.1
20	34.8	36.5	19.5
30	34.3	40.4	40.8
40	33.9	45.7	48.8

（3）40°C下進行“堿解”，得到粗碳酸鋰與氫氧化鋁的混合濾渣，生成氫氧化鋁的離子方程式為___；若堿解前濾液中c(Li+)=4molL-1，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率到99%，則“濾液2”中c(CO32-)=___molL-1。[Ksp(Li2CO3)=1.6×10-3]

（4）“苛化”過程，若氧化鈣過量，則可能會造成___。

（5）整個工藝流程中可以循環利用的物質有___。

（6）“電解”原理如圖所示。“碳化”后的電解液應從（填“a”或“b”)___口注入。陰極的電極反應式為___。

（7）高純度LiOH可轉化為電池級Li2CO3。將電池級Li2CO3和C、FePO4高溫下反應，生成LiFePO4和一種可燃性氣體，該反應的化學方程式為___。

Answer 1

【答案】CaSO4 溶液溫度下降，硫酸鈉結晶析出時，夾裹了部分的硫酸鋰共沉淀 2Al3+＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 4 碳酸鋰產品的鈣離子含量相對升高(或使得氫氧化鋁溶解進入溶液，導致最終產品的純度下降) CO2 a 2H2O+2e-=H2↑＋2OH- Li2CO3＋2C＋2FeSO42LiFePO4＋3CO↑

【解析】

含鋰電解鋁廢渣(主要成分為LiF、AIF3、NaF，少量CaO等)與濃硫酸反應生成Li2SO4、Al2(SO4)3、Na2SO4和CaSO4。CaSO4是微溶物，加水溶解，濾渣1為CaSO4，向濾液中加入Na2CO3溶液，堿解生成CO2氣體、Al(OH)3和Na2SO4及Li2CO3，趁熱過濾，向濾液中加入氧化鈣生成CaSO4、Al(OH)3、LiOH，過濾，向濾液中加入CO2得到Li2CO3，電解得到LiOH。

(1)根據分析得到“濾渣1”主要成分是CaSO4；

(2)“過濾2”需要趁熱在恒溫裝置中進行，根據表中溶解度曲線得出硫酸鈉晶體析出可能會夾帶著硫酸鋰，從而導致Li2SO4的收率下降；故答案為：溶液溫度下降，硫酸鈉結晶析出時，夾裹了部分的硫酸鋰共沉淀；

(3)40°C下進行“堿解”，得到粗碳酸鋰與氫氧化鋁的混合濾渣，生成氫氧化鋁主要是碳酸根和鋁離子發生雙水解，其離子方程式為2Al3+＋3CO32＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；若堿解前濾液中c(Li+)=4molL1，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率到99%，則此時溶液中c(Li+)=，根據，得到“濾液2”中；

(4)“苛化”過程，若氧化鈣過量，溶液中含有多余的鈣離子，也可能將生成的氫氧化鋁溶解進入得到溶解中；故答案為：碳酸鋰產品的鈣離子含量相對升高(或使得氫氧化鋁溶解進入溶液，導致最終產品的純度下降)。

(5)堿解的過程中生成CO2，在碳化過程中加入CO2，因此整個工藝流程中可以循環利用的物質有CO2；

(6)“電解”原理如圖所示，LiOH是從右邊得到，而鋰離子通過陽離子交換膜進入到右室，因此“碳化”后的電解液應從a口注入。陰極是水中的氫離子得到電子，其電極反應式為2H2O+2e－=H2↑＋2OH－；

(7)將電池級Li2CO3和C、FePO4高溫下反應，根據氧化還原反應，FePO4中Fe化合價降低，則C化合價升高，生成LiFePO4和一種可燃性氣體即CO，該反應的化學方程式為Li2CO3＋2C＋2FeSO42LiFePO4＋3CO↑。