Question

【題目】廢棄鋰離子電池的資源化處理日益重要。從廢舊磷酸鐵鋰電池的正極材料（含LiFePO4、石墨粉和鋁箔等）中綜合回收鋰、鐵和磷等的工藝流程如圖所示：

有關(guān)數(shù)據(jù)：25℃時(shí)，Ksp(FePO4)=1.3×10-22、Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39。

回答下列問題：

（1）“溶浸1”中鋁溶解的化學(xué)方程式為___。

（2）完成“溶浸2”反應(yīng)的離子方程式___：

LiFePO4+H2O2+ =Li++ +H2PO4-+H2O

（3）“濾渣2”的主要成分是___。

（4）“濾液2”循環(huán)兩次的目的是___。

（5）“沉鐵、磷”時(shí)，析出FePO4沉淀，反應(yīng)的離子方程式為__。實(shí)驗(yàn)中，鐵、磷的沉淀率結(jié)果如圖所示。碳酸鈉濃度大于30%后，鐵沉淀率仍然升高，磷沉淀率明顯降低，其可能原因是___。

（6）“沉淀轉(zhuǎn)化”反應(yīng)：FePO4+3OH-Fe(OH)3+PO43-。用此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)說明轉(zhuǎn)化能否完全___？

（7）為了充分沉淀，“沉鋰”時(shí)所用的X和適宜溫度是___（填標(biāo)號(hào)）。

A.NaOH20-40℃ B.NaOH80-100℃

C.Na2CO320-40℃ D.Na2CO360-80℃

Answer 1

【答案】2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑ 2LiFePO4+H2O2+6H+=2Li++2Fe3++2H2PO4-+2H2O 石墨 提高浸出液的濃度(或提高雙氧水和硫酸的利用率等其他合理答案) Fe3++2H2PO4-+CO32-= FePO4↓+ CO2↑+ H2O Na2CO3水解產(chǎn)生的c(OH-)增大，與Fe3+結(jié)合生成Fe (OH)3沉淀，而使留在溶液中的PO43-增大 K==5.0×1016，K很大，說明反應(yīng)完全進(jìn)行 D

【解析】

廢舊磷酸鐵鋰電池的正極材料（含LiFePO4、石墨粉和鋁箔等）加入氫氧化鈉進(jìn)行減溶，鋁箔與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，過濾后得到濾液1，濾液1為偏鋁酸鈉溶液，過濾后的濾渣再加入過量濃硫酸進(jìn)行酸溶，同時(shí)加入雙氧水，將亞鐵離子氧化為三價(jià)鐵，并進(jìn)行多次循環(huán)，確保亞鐵離子全部轉(zhuǎn)化，在進(jìn)行過濾得到濾渣2和濾液2，濾渣2為石墨粉，濾液2主要含有Fe3+、Li+、H2PO4-和SO42-溶液，向?yàn)V液2加入碳酸鈉，Fe3+、H2PO4-與碳酸鈉反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為磷酸鐵沉淀和二氧化碳，生成的二氧化碳?xì)怏w通入濾液1中反應(yīng)生成氫氧化鋁，磷酸鐵中加入氫氧化鈉溶液轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵和磷酸鈉晶體，向沉鐵、磷后的溶液加入碳酸鈉得到碳酸鋰沉淀，再對(duì)碳酸鋰進(jìn)行一系列處理最后得到高純鋰化合物，據(jù)此分析解答。

(1)根據(jù)分析，“溶浸1”中鋁溶解的化學(xué)方程式為2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑；

(2)完成“溶浸2”為LiFePO4與過量濃硫酸進(jìn)行酸溶，同時(shí)加入雙氧水，將亞鐵離子氧化為三價(jià)鐵，離子方程式：2LiFePO4+H2O2+6H+=2Li++2Fe3++2H2PO4-+2H2O；

(3)根據(jù)分析，“濾渣2”的主要成分是石墨；

(4)“濾液2”循環(huán)兩次的目的是提高浸出液的濃度(或提高雙氧水和硫酸的利用率等其他合理答案)

(5)“沉鐵、磷”時(shí)，析出FePO4沉淀，反應(yīng)的離子方程式為Fe3++2H2PO4-+CO32-= FePO4↓+ CO2↑+ H2O；實(shí)驗(yàn)中，鐵、磷的沉淀率結(jié)果如圖所示。碳酸鈉濃度大于30%后，鐵沉淀率仍然升高，磷沉淀率明顯降低，其可能原因是Na2CO3水解產(chǎn)生的c(OH-)增大，與Fe3+結(jié)合生成Fe (OH)3沉淀，而使留在溶液中的PO43-增大；

（6）“沉淀轉(zhuǎn)化”反應(yīng)：FePO4+3OH-Fe(OH)3+PO43-。K==5.0×1016，K很大，說明反應(yīng)完全進(jìn)行。

（7）結(jié)合表格數(shù)據(jù)，碳酸鋰的溶解度遠(yuǎn)小于氫氧化鋰，為了充分沉淀，“沉鋰”時(shí)所用的X應(yīng)為碳酸鈉，60-80℃左右溶解度較小，答案選D。