题目内容
【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____________。
【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↑。
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