Question

【題目】用含鋰廢渣(主要金屬元素的含量：Li3.50% Ni 6.55% Ca 6.41% Mg 13.24%)制備Li2CO3，并用其制備Li+電池的正極材料LiFePO4。部分工藝流程如下：

資料：i. 濾液1，濾液2中部分離子的濃度(g·L-1)：

ii. EDTA能和某些二價(jià)金屬離子形成穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物。

iii.某些物質(zhì)的溶解度(S)：

I.制備Li2CO3粗品

(1)濾渣2的主要成分有____________。

(2)向?yàn)V液2中先加入EDTA目的是：________，再加入飽和Na2CO3溶液，90℃充分反應(yīng)后，分離出固體Li2CO3粗品的操作是________。

(3)處理1 kg含鋰3.50%的廢渣，鋰的浸出率為a, Li+轉(zhuǎn)化為Li2CO3的轉(zhuǎn)化率為b,則粗品中含Li2CO3的質(zhì)量是________g。(用a,b表示需化簡(jiǎn)，摩爾質(zhì)量：Li 7g·mol-1 Li2CO3 74 g·mol-1 )

II.純化Li2CO3粗品

(4)將Li2CO3轉(zhuǎn)化為LiHCO3后，用隔膜法電解LiHCO3溶液制備高純度的LiOH，再轉(zhuǎn)化得電池級(jí)Li2CO3。電解原理如圖所示，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是______________，該池使用了________(填“陽(yáng)”或“陰”)離子交換膜。

III.制備LiFePO4

(5)將電池級(jí)Li2CO3和C、 FePO4高溫下反應(yīng)，共生成2種產(chǎn)物其中有一種為可燃性氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________。

Answer 1

【答案】Mg(OH)2 、Ni(OH)2 和Ca(OH)2 除去鈣離子 趁熱過濾 185ab 4OH—- 4e- = O2↑+2H2O 陽(yáng) LiCO3 + 2C + 2FePO4 = 2LiFePO4 + 3CO↑

【解析】

根據(jù)流程：將含鋰廢渣研磨后，在70℃條件下用稀硫酸酸浸其中的金屬離子，得到含有的Li+、Ni2+、Ca2+、Mg2+酸性溶液，其中部分Ca2+與硫酸根離子生成CaSO4沉淀，過濾，濾渣1主要是CaSO4，向?yàn)V液1中加入NaOH調(diào)節(jié)pH=12沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+，濾渣2主要為Ni（OH）2、Mg（OH）2還有極少量的Ca（OH）2，濾液2含有Li+，向?yàn)V液2中先加入EDTA，再加入飽和Na2CO3溶液，90℃充分反應(yīng)后，得到沉淀，趁熱過濾得到粗品Li2CO3，將Li2CO3轉(zhuǎn)化為LiHCO3后，用隔膜法電解LiHCO3溶液制備高純度的LiOH，再轉(zhuǎn)化得電池級(jí)Li2CO3．將電池級(jí)Li2CO3和C、FePO4高溫下反應(yīng)：Li2CO3+2C+2FePO4=2LiFePO4+3CO↑，據(jù)此分析作答。

（1）根據(jù)分析濾液1中加入NaOH調(diào)節(jié)pH=12沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+，故濾渣2主要為Ni（OH）2、Mg（OH）2還有極少量的Ca（OH）2；

故答案為：Ni（OH）2、Mg（OH）2、Ca（OH）2；

（2）在第二次過濾之后溶液中還有部分鈣離子沒有除去，EDTA能和某些二價(jià)金屬離子形成穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物，所以先加入EDTA可以防止后續(xù)得到的Li2CO3中混有碳酸鈣；根據(jù)表可知Li2CO3高溫溶解度小，故90℃充分反應(yīng)后，通過趁熱過濾分離出固體Li2CO3粗品；

故答案為：除去鈣離子；趁熱過濾；

（3）lkg含鋰3.50%的廢渣，鋰的浸出率為a，則浸出的n（Li+）=1000g×3.5%×a/7mol=5amol，Li+轉(zhuǎn)化為Li2CO3的轉(zhuǎn)化率為b，則粗品中含Li2CO3的質(zhì)量是5amol×1/2×b×74g/mol=185ab g；

故答案為：185ab；

（5）根據(jù)電解原理圖，陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，放電為氫氧根離子，電極反應(yīng)為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；陰極放電的是氫離子，陰極生成OH-，根據(jù)題意得到LiOH，則LiOH在陰極生成，Li+移向陰極，為陽(yáng)離子交換膜；

故答案為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；陽(yáng)；

（6）Li2CO3和C、FePO4高溫下反應(yīng)，生成LiFePO4和一種可燃性氣體，根據(jù)元素分析該氣體為CO，則反應(yīng)為：LiCO3 + 2C + 2FePO4 2LiFePO4 + 3CO↑；

故答案為：LiCO3 + 2C + 2FePO4 2LiFePO4 + 3CO↑。