Question

以含锂电解铝废渣(主要成分为LiF、AlF₃、NaF，少量CaO等)为原料，生产碳酸锂的工艺流程如下：(已知：常温下，LiOH可溶于水，Li₂CO₃微溶于水)

(1)含锂电解铝废渣与浓硫酸在200～400 ℃条件下反应2 h，加水浸取后过滤，得到的滤渣主要成分是________(填化学式)。

(2)流程中浸取后的过滤操作需要趁热在恒温装置中进行，否则会导致Li₂SO₄的收率下降，原因是________________。(已知部分物质的溶解度数据见下表)

(3)40℃下进行碱解反应，得到粗碳酸锂与氢氧化铝的混合滤渣，生成氢氧化铝的离子方程式为_______________________。

(4)苛化过程中加入的氧化钙将不溶性的碳酸锂转化成氢氧化锂溶液。若氧化钙过量，则可能会造成_____________________。

(5)碳化反应中，CO₂的吸收采用了气、液逆流的方式，这样做的优点是________。整个工艺流程中可以循环利用的物质有________。

Answer

CaSO4 若未恒温趁热过滤，则过滤时溶液温度下降，硫酸钠结晶析出时，夹裹了部分的硫酸锂共沉淀 2Al3＋＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑ 碳酸锂产品的钙离子含量相对升高(或使得氢氧化铝溶解进入溶液，导致最终产品的纯度下降) 可增大接触面积，提高碳化效率 CO2

【解析】

(1) LiF、AlF3、NaF、 CaO与浓硫酸在200～400 ℃条件下反应2 h，生成硫酸锂，硫酸铝，硫酸钠，硫酸钙，氟化氢和水，据此可得滤渣；

（2）硫酸锂的溶解度随温度的变化不明显，而硫酸钠的溶解度随温度的升高而增大，据此分析；

（3）碱解时加入碳酸钠，滤液中有铝离子，发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体，据此写出离子方程式；

（4）苛化过程中加入的氧化钙如果过量，产品中钙离子的量增多，影响产品的纯度；

（5）使反应物充分接触，提高碳化效率，前后都用到的同一种物质可以循环使用。

(1) LiF、AlF3、NaF、 CaO与浓硫酸在200～400 ℃条件下反应2 h，生成硫酸锂，硫酸铝，硫酸钠，硫酸钙，氟化氢和水，而硫酸锂，硫酸铝，硫酸钠都是可溶性的盐，硫酸钙是微溶物，当作沉淀处理，故滤渣是CaSO4，

故答案为：CaSO4；

(2) 硫酸锂的溶解度随温度的变化不明显，而硫酸钠的溶解度随温度的升高而增大，如果不在恒温下过滤，温度降低，硫酸钠会析出，会夹裹硫酸锂，

故答案为：若未恒温趁热过滤，则过滤时溶液温度下降，硫酸钠结晶析出时，夹裹了部分的硫酸锂共沉淀；

（3）碱解时加入碳酸钠，滤液中有铝离子，发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体，离子方程式是：2Al3＋＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑，

故答案为：2Al3＋＋3CO32-＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑；

（4）苛化过程中加入的氧化钙如果过量，氧化钙与水反应生成氢氧化钙，产品中钙离子的量增多，也有可能使氢氧化铝反应而溶解，

故答案为：碳酸锂产品的钙离子含量相对升高(或使得氢氧化铝溶解进入溶液，导致最终产品的纯度下降) ；

（5）碳化反应中，CO2的吸收采用了气、液逆流的方式，使反应物充分接触，提高碳化效率，碱解时生成二氧化碳，碳化时需要通入二氧化碳，循环利用的物质是二氧化碳，

故答案为：可增大接触面积，提高碳化效率 ； CO2。