Question

【题目】用含锂废渣(主要金属元素的含量：Li3.50% Ni 6.55% Ca 6.41% Mg 13.24%)制备Li2CO3，并用其制备Li+电池的正极材料LiFePO4。部分工艺流程如下：

资料：i. 滤液1，滤液2中部分离子的浓度(g·L-1)：

ii. EDTA能和某些二价金属离子形成稳定的水溶性络合物。

iii.某些物质的溶解度(S)：

I.制备Li2CO3粗品

(1)滤渣2的主要成分有____________。

(2)向滤液2中先加入EDTA目的是：________，再加入饱和Na2CO3溶液，90℃充分反应后，分离出固体Li2CO3粗品的操作是________。

(3)处理1 kg含锂3.50%的废渣，锂的浸出率为a, Li+转化为Li2CO3的转化率为b,则粗品中含Li2CO3的质量是________g。(用a,b表示需化简，摩尔质量：Li 7g·mol-1 Li2CO3 74 g·mol-1 )

II.纯化Li2CO3粗品

(4)将Li2CO3转化为LiHCO3后，用隔膜法电解LiHCO3溶液制备高纯度的LiOH，再转化得电池级Li2CO3。电解原理如图所示，阳极的电极反应式是______________，该池使用了________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。

III.制备LiFePO4

(5)将电池级Li2CO3和C、 FePO4高温下反应，共生成2种产物其中有一种为可燃性气体，该反应的化学方程式是____________。

Answer 1

【答案】Mg(OH)2 、Ni(OH)2 和Ca(OH)2 除去钙离子 趁热过滤 185ab 4OH—- 4e- = O2↑+2H2O 阳 LiCO3 + 2C + 2FePO4 = 2LiFePO4 + 3CO↑

【解析】

根据流程：将含锂废渣研磨后，在70℃条件下用稀硫酸酸浸其中的金属离子，得到含有的Li+、Ni2+、Ca2+、Mg2+酸性溶液，其中部分Ca2+与硫酸根离子生成CaSO4沉淀，过滤，滤渣1主要是CaSO4，向滤液1中加入NaOH调节pH=12沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+，滤渣2主要为Ni（OH）2、Mg（OH）2还有极少量的Ca（OH）2，滤液2含有Li+，向滤液2中先加入EDTA，再加入饱和Na2CO3溶液，90℃充分反应后，得到沉淀，趁热过滤得到粗品Li2CO3，将Li2CO3转化为LiHCO3后，用隔膜法电解LiHCO3溶液制备高纯度的LiOH，再转化得电池级Li2CO3．将电池级Li2CO3和C、FePO4高温下反应：Li2CO3+2C+2FePO4=2LiFePO4+3CO↑，据此分析作答。

（1）根据分析滤液1中加入NaOH调节pH=12沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+，故滤渣2主要为Ni（OH）2、Mg（OH）2还有极少量的Ca（OH）2；

故答案为：Ni（OH）2、Mg（OH）2、Ca（OH）2；

（2）在第二次过滤之后溶液中还有部分钙离子没有除去，EDTA能和某些二价金属离子形成稳定的水溶性络合物，所以先加入EDTA可以防止后续得到的Li2CO3中混有碳酸钙；根据表可知Li2CO3高温溶解度小，故90℃充分反应后，通过趁热过滤分离出固体Li2CO3粗品；

故答案为：除去钙离子；趁热过滤；

（3）lkg含锂3.50%的废渣，锂的浸出率为a，则浸出的n（Li+）=1000g×3.5%×a/7mol=5amol，Li+转化为Li2CO3的转化率为b，则粗品中含Li2CO3的质量是5amol×1/2×b×74g/mol=185ab g；

故答案为：185ab；

（5）根据电解原理图，阳极失去电子发生氧化反应，放电为氢氧根离子，电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；阴极放电的是氢离子，阴极生成OH-，根据题意得到LiOH，则LiOH在阴极生成，Li+移向阴极，为阳离子交换膜；

故答案为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；阳；

（6）Li2CO3和C、FePO4高温下反应，生成LiFePO4和一种可燃性气体，根据元素分析该气体为CO，则反应为：LiCO3 + 2C + 2FePO4 2LiFePO4 + 3CO↑；

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