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中部分離子的濃度(g·L-1)：

ii.EDTA能和某些二價金屬離子形成穩(wěn)定的水溶性絡合物。

iii.某些物質的溶解度(S)如下表所示：

I.制備Li2CO3粗品

（1）上述流程中為加快化學反應速率而采取的措施是___。

（2）濾渣2的主要成分有___。

（3）向濾液2中先加入EDTA，再加入飽和Na2CO3溶液，90°C下充分反應后，分離出固體Li2CO3粗品的操作是__。

（4）處理1kg含鋰3.50%的廢渣，鋰的浸出率為a，Li+轉化為Li2CO3的轉化率為b，則粗品中含Li2CO3的質量是__g。

II.純化Li2CO3粗品

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

III.制備LiFePO4

（6）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是__。

Answer 1

【答案】研磨、70℃加熱 Ni(OH)2、Mg(OH)2、Ca (OH)2 趁熱過濾 185ab 4HCO3--4e-=4CO2↑+3O2↑+2H2O 陽 Li2CO3+2C+2FePO42LiFePO4+3CO↑

【解析】

為加快含鋰廢渣(主要金屬元素的含量：Li~3.50%、Ni~6.55%、Ca~6.41%、Mg~13.24%)的酸浸速率，將其研磨粉碎，并用稀硫酸在70℃溫度下溶浸，由于硫酸鈣屬于微溶物，經(jīng)過濾，形成含有Li+、Ni2+、Mg2+、SO42-、少量Ca2+的濾液1，濾渣1中含有硫酸鈣和不溶于硫酸的雜質，向濾液1中加入氫氧化鈉，調節(jié)PH值為12，將Ni2+、Mg2+、少量Ca2+轉化為Ni(OH)2、Mg(OH)2、Ca (OH)2，經(jīng)過濾，得到主要含有Li+、SO42-和極少量Ni2+、Mg2+、Ca2+的濾液2，濾渣2中含有Ni(OH)2、Mg(OH)2、Ca (OH)2，向濾液2中加入EDTA將少量Ni2+、Mg2+、Ca2+轉化為穩(wěn)定的絡合物，再加入飽和碳酸鈉溶液將Li+轉化為碳酸鋰沉淀，并加熱，趁熱過濾，用熱水洗滌分離出碳酸鋰，再經(jīng)過一系列操作最終制取正極材料LiFePO4，據(jù)此分析解答。

(1)根據(jù)分析和上述流程圖示中為加快化學反應速率而采取的措施是研磨、70℃加熱；

(2)根據(jù)分析和資料i，Ni、Mg、Ca在溶液中的濃度變化較大，濾渣2的主要成分含有Ni(OH)2、Mg(OH)2和Ca (OH)2；

(3)向濾液2中先加入EDTA，與Ni2+、Mg2+、Ca2+轉化為穩(wěn)定的絡合物，從而確保它們不與Li+一起沉淀，再加入飽和Na2CO3溶液，90°C下充分反應后，形成碳酸鋰的熱飽和溶液，通過趁熱過濾分離出固體碳酸鋰的粗品；

(4) 處理1kg含鋰3.50%的廢渣，鋰的浸出率為a，Li+轉化為Li2CO3的轉化率為b，廢渣中浸出鋰的物質的量為=mol，轉化為Li2CO3的鋰的物質的量為mol，根據(jù)鋰元素守恒，則碳酸鋰的物質的量為mol，則粗品中含Li2CO3的質量是mol ×74g/mol=185abg；

(5)將Li2CO3轉化為LiHCO3后，用隔膜法電解LiHCO3溶液，HCO3-要參與電極反應轉化為二氧化碳，才能制備高純度的LiOH，根據(jù)電解原理，陽極發(fā)生氧化反應，且陽極的電極反應式是4HCO3--4e-=4CO2↑+3O2↑+2H2O；Li+移向陰極生成LiOH，該池使用了陽離子交換膜；

(6)將電池級Li2CO3和C、FePO4高溫下反應，生成LiFePO4和一種可燃性氣體，由質量守恒，可燃性氣體應是一氧化碳，該反應的化學方程式是Li2CO3+2C+2FePO42LiFePO4+3CO↑。