Question

【題目】磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）是目前使用量最多的一種鋰電池電極材料，LiFePO4廢料中（含Al、石墨）磷、鐵、鋰的綜合回收工藝流程圖：

已知：①，

②常溫下，，，

（1）過程I“堿浸”的目的是____________，該過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________。

（2）過程II“酸浸”加人雙氧水的目的是_________________。

（3）①浸出液中存在大量、離子，從平衡移動(dòng)角度解釋過程Ⅲ得到磷酸鐵晶體的原因_________________。

②一定條件下，探究了pH對(duì)磷酸鐵沉淀的影響，結(jié)果如圖所示。由圖可知，過程Ⅲ應(yīng)選取的最佳沉淀pH為____。隨pH的增加,磷的沉淀率開始下降，而鐵沉淀率未下降，分析原因?yàn)?/span>_________________。

（4）測(cè)得濾液1中c(Li+)=0.l5mol/L，某同學(xué)取該100mL濾液進(jìn)行“沉鋰”反應(yīng)．加入50mlNa2CO3溶液卻未見沉淀，若不考慮Na2CO3的水解和液體混合時(shí)的體積變化，則該同學(xué)加入的Na2CO3溶液最大濃度為c(Na2CO3)=_____________mol/L

（5）過程Ⅵ將濾液2________，________，經(jīng)過濾、干燥后得Na3PO4·12H2O晶體。

Answer 1

【答案】溶解Al，使其分離出去 將Fe2+氧化為Fe3+ CO32-結(jié)合H+，，兩個(gè)平衡均向右移動(dòng)，c(PO43-)增大，與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵晶體 2.5 隨pH的增加，部分FePO42H2O沉淀轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Fe(OH)3沉淀，使得部分PO43-釋放，導(dǎo)致磷沉淀率下降，而鐵仍在沉淀中 0.51 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶

【解析】

LiFePO4廢料(含Al、石墨)加入氫氧化鈉溶液，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成可溶于水的NaAlO2，過濾，濾渣中含有LiFePO4和石墨，在濾渣中加入鹽酸和過氧化氫浸取，可氧化亞鐵離子生成鐵離子，浸出液中含有鐵離子、鋰離子、、離子等，加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH，可生成FePO42H2O，濾液1中含有鋰離子，濾液1中加入碳酸鈉沉鋰得到Li2CO3產(chǎn)品，FePO42H2O中加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH，得到含鐵產(chǎn)品和濾液2，濾液2為Na3PO4溶液，Na3PO4溶液再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥后得Na3PO4·12H2O晶體。

以此解答該題。

(1)鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成可溶于水的NaAlO2，則過程I“堿浸”的目的是溶解Al，使其分離出去，該過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為，故答案為：溶解Al，使其分離出去；；

(2)過程II“酸浸”加人雙氧水的目的是將Fe2+氧化為Fe3+，故答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；

(3)①浸出液中存在大量、離子，加入碳酸鈉溶液后，CO32-結(jié)合H+，，兩個(gè)平衡均向右移動(dòng)，c(PO43-)增大，與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵晶體；

②過程Ⅲ得到FePO42H2O，由圖可知在pH等于2.5時(shí)，磷的沉淀率最高，則應(yīng)選取的最佳沉淀pH為2.5，根據(jù)圖像可知，隨pH的增加，磷的沉淀率開始下降，而鐵沉淀率未下降，是因?yàn)殡SpH的增加，部分FePO42H2O沉淀轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Fe(OH)3沉淀，使得部分PO43-釋放，導(dǎo)致磷沉淀率下降，而鐵仍在沉淀中；

故答案為：2.5；隨pH的增加，部分FePO42H2O沉淀轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Fe(OH)3沉淀，使得部分PO43-釋放，導(dǎo)致磷沉淀率下降，而鐵仍在沉淀中；

(4)混合溶液中，設(shè)該同學(xué)加入的Na2CO3溶液的濃度為x mol/L，則混合溶液中，二者混合未見沉淀，則，解得，則該同學(xué)加入的Na2CO3溶液最大濃度為c(Na2CO3)=0.51mol/L，故答案為：051；

(5)濾液2為Na3PO4溶液，Na3PO4溶液再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥后得Na3PO4·12H2O晶體，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶。