Question

【題目】用含鋰廢渣（主要金屬元素的含量：Li 3.50% 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中部分兩者的濃度（g/L）

ⅱEDTA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)溶解度（S）：

I．制備Li2CO3粗品

(l)上述流程中為加快化學(xué)反應(yīng)速率而采取的措施是 ___。

(2)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，分離出 固體Li2CO3粗品的操作是 ______。

(3)處理lkg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。（摩爾質(zhì)量：Li 7 g.mol-l Li2CO3 74 g.mol-l）

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 _______。

III．制備LiFePO4

(5)將電池級(jí)Li2CO3和C、FePO4高溫下反應(yīng)，生成LiFePO4和一種可燃性氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是__。

Answer 1

【答案】研磨、70℃加熱 趁熱過濾 185ab 4OH--4e-=2H2O+O2↑ Li2CO3+2C+2FePO4 2LiFePO4+3CO

【解析】

根據(jù)流程可知，將含鋰廢渣研磨后，在70℃下用稀硫酸酸浸出其中的金屬離子，得到含有Li+、Ca2+、Mg2+的酸性溶液，其中部分Ca2+與SO42-結(jié)合生成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)溶液pH=12，沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+，濾渣2主要是Ni(OH)2、Mg(OH)2和少量的 Ca(OH)2，濾液中含有Li+，向?yàn)V液2中加入EDTA，再加入飽和的Na2CO3溶液，90℃下充分反應(yīng)，得到沉淀趁熱過濾后得到粗品Li2CO3，將Li2CO3轉(zhuǎn)化為LiHCO3后，用隔膜法電解LiHCO3溶液來制備高純度的LiOH，再轉(zhuǎn)化得到電池級(jí)Li2CO3，將電池級(jí)Li2CO3和C、FePO4高溫下發(fā)生反應(yīng)Li2CO3+2C+2FePO4 2LiFePO4+3CO，據(jù)此作答。

（1）流程中為加快反應(yīng)速率而采取的措施是研磨、70℃加熱；

（2）根據(jù)保重?cái)?shù)據(jù)可知Li2CO3高溫時(shí)的溶解度較小，因此90℃下充分反應(yīng)后，通過趁熱過濾分離出固體Li2CO3粗品；

（3）1kg含鋰3.50%的廢渣，鋰的浸出率為a，那么浸出的Li+的物質(zhì)的量為=5amol，Li+轉(zhuǎn)化為Li2CO3的轉(zhuǎn)化率為b，那么粗品中含Li2CO3的質(zhì)量為5amol××b×74g/mol=185abg；

（4）根據(jù)電解示意圖可知，陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，OH-放電，電極反應(yīng)為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；

（5）Li2CO3和C、FePO4高溫下反應(yīng)，生成LiFePO4和一種可燃性氣體，根據(jù)元素分析可知可燃性氣體為CO，因此方程式為：Li2CO3+2C+2FePO4 2LiFePO4+3CO