Question

【題目】鎳鈷錳酸鋰電池是一種高功率動力電池。采用廢舊鋰離子電池回收工藝制備鎳鈷錳酸鋰三元正極材料(鋁電極表面涂有LiNi1－x－yCoxMnyO2)的工藝流程如圖所示：

回答下列問題

（1）廢舊鋰離子電池拆解前進行“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是___。

（2）能夠提高“堿浸”效率的方法有___(至少寫兩種)。

（3）“堿浸”過程中，鋁溶解，在該反應中每產生1mol非極性共價鍵放出133.3kJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程式___。

（4）實驗室模擬“堿浸”后過濾的操作，過濾后需洗滌，簡述洗滌的操作過程：___。

（5）LiCoO2參與“還原”反應的離子方程式為___。在該反應中H2O2做___（氧化劑，還原劑）1molH2O2參與反應轉移__ NA個電子

（6）溶液溫度和浸漬時間對鈷的浸出率影響如圖所示，則浸出過程的最佳條件是___。

（7）已知溶液中Co2+的濃度為1.0mol·L－1，緩慢通入氨氣，使其產生Co(OH)2沉淀，則Co2+沉淀完全時溶液的最小pH為____(已知：離子沉淀完全時c(Co2+)≤1.0×10－5mol·L－1，Ksp[Co(OH)2]=4.0×10－15，1g5=0.7，1g2=0.3，溶液體積變化忽略不計)。

Answer 1

【答案】放電有利于Li+向正極移動并進入正極材料 粉碎、適當增大NaOH的濃度、適當升高溫度等 2Al(s)+2H2O(l)+2NaOH(aq)=2NaAlO2(aq)+3H2(g) ΔH=-399.9kJ/mol 沿玻璃棒向過濾器中加水至浸沒沉淀，待水濾出后重復操作2~3次 2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑ 還原劑 2 75℃，30min 9.3

【解析】

采用廢舊鋰離子電池回收工藝制備鎳鈷錳酸鋰三元正極材料，將廢舊鋰離子電池正極材料預處理，加入NaOH溶液浸取過濾，固體加入H2SO4和H2O2，得到含有Ni2＋、CCo2＋、Mn2＋的溶液，溶液中加入MnSO4、NiSO4、CoSO4調整比例，加入一水合氨，得到沉淀，再加入Li2CO3，得到正極材料。

(1)廢舊鋰離子電池拆解前進行“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是：放電有利于Li＋離子移向正極并進入正極材料；

(2)提高浸取的效率，加快化學反應速率，可以粉碎，適當增大氫氧化鈉溶液溶液的濃度，適當提高反應溫度等；

(3)鋁溶于NaOH，生成NaAlO2和H2，化學方程式為2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑；每產生1mol非極性鍵，即每產生1molH2，放出133.3kJ的熱量，熱化學方程式為2Al(s)+2H2O(l)+2NaOH(aq)=2NaAlO2(aq)+3H2(g) ΔH=-399.9kJ/mol；

(4) 沿玻璃棒向過濾器中加水至浸沒沉淀，待水濾出后，重復操作2~3次；

(5) LiCoO2中Li的化合價為＋1，Co的化合價為＋3，加入H2O2、H2SO4中，Co的化合價降低到＋2，則H2O2中O的化合價升高，從－1升高到0，生成O2，根據得失電子守恒，和電荷守恒，離子方程式為2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑，H2O2中O的化合價升高，作還原劑；H2O2中O的化合價升高，從－1升高到0，1molH2O2參與反應轉移2mol電子，則轉移2NA個電子；

(6)溫度不是越高越好，溫度高，加熱時耗能高，從圖中可知，在30min時，85℃和75℃，Co的浸出率均最高，選擇溫度較低的，減小耗能；答案為75℃，30min；

(7) 離子沉淀完全時c(Co2+)≤1.0×10－5mol·L－1，Ksp[Co(OH)2]=c(Co2＋)c2(OH－),則，，pH=-lg(H+)=-lg(5×10-10)=-lg5+10=9.3。