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,并用其制備鋰電池的正極材料LiFePO4。部分工藝流程如下：

資料：i濾液1、濾液2中部分例子濃度（g·L－1）

	Li＋	Ni2＋	Ca2＋	Mg2＋
濾液1	22.72	20.68	0.36	60.18
濾液2	21.94	7.7×10－3	0.08	0.78×10－3

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

iii．某些物質(zhì)的溶解度（S）

T/℃	20	40	60	80	100
S(Li2CO3)/g	1.33	1.17	1.01	0.85	0.72
S(Li2SO4)/g	34.7	33.6	32.7	31.7	30.9

I.制備Li2CO3粗品

（1）上述流程中為加快化學(xué)反應(yīng)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Na2C03溶液,90℃充分反應(yīng)后，分離出固體 Li2CO3粗品的操作是_______。

（4）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:Li2CO3 74 g.mol4)

II.純化Li2CO3粗品

（5）將Li2CO3轉(zhuǎn)化為LiHCO3后，用隔膜法電解LiHCO31溶液制備高純度的LiOH,再轉(zhuǎn)化得電池級Li2CO3。電解原理如圖所示，陽極的電極反應(yīng)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(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 Ni(OH)2、Mg(OH)2、Ca(OH)2 趁熱過濾 185ab 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 陽

【解析】

根據(jù)流程可知，將含鋰廢渣研磨后，在70℃條件下用稀硫酸酸浸其中的金屬，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，向濾液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+，向濾液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Li2CO3．將電池級Li2CO3和C、FePO4高溫下反應(yīng)：Li2CO3+2C+2FePO4=2LiFePO4+3CO↑，據(jù)此分析作答。

：（1）流程中為加快化學(xué)反應(yīng)速率而采取的措施有研磨、70℃加熱；故答案為：研磨、70℃加熱；
（2）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；
（3）根據(jù)表可知Li2CO3的溶解度小在較高的溫度下較小，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：趁熱過濾；
（4）lkg含鋰3.50%的廢渣，鋰的浸出率為a，則浸出的n（Li+）==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×0.5×b×74g/mol=185ab g；故答案為：185ab；
（5）根據(jù)電解圖，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧根離子放電，電極反應(yīng)為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；陰極上放電的是氫離子，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，故離子交換膜為陽離子交換膜；故答案為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；陽；
（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：；故答案為：。